Büro-/Wohngebäude Neuwiesenstrasse 8, Uster MINERGIE-A ... · Messprojekt Neuwiesenstrasse 8,...

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Neuwiesenstrasse 8, 8610 Uster 044 940 74 15 alle MINERGIE-Gebäudestandards

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Büro-/Wohngebäude Neuwiesenstrasse 8, Uster MINERGIE-A-Standard und mit

Hybrid-Kollektoren für die solare Warmwassererwärmung

Bericht zum Messprojekt

Projektdauer: 16 Monate: März 2014 – Juli 2015

Autoren: Werner Hässig, Sara Wyss, Jan Staubli

Datum: 20. Juli 2015; revidiert 30. September 2015

http://www.sustech.ch/

Messprojekt Neuwiesenstrasse 8, Uster 2 www.sustech.ch

Zusammenfassung

Als erstes Gebäude der Schweiz, welches Büros (ca. 20 Arbeitsplätze) und Wohnungen (7 von

unterschiedlicher Grösse) umfasst, hat dieser Neubau den MINERGIE-A-Standard erreicht (gilt

als Pilotanlage für die MINERGIE-Zertifizierung). Die Überseeische Missions-Gemeinschaft ist Bau-

herrin des Neubaus, welcher sich im Zentrum der Stadt Uster, nur etwa 200 m vom Bahnhof be-

findet und städtebaulich hohen Anforderungen zu genügen hatte.

Das Grundstück ist für tiefe Erdsonden nicht geeignet und somit musste ein Konzept mit elf le-

diglich 80 m tiefen Erdsonden gewählt werden. Das innovative Energiekonzept sieht vor, dass

das Erdsondenfeld im Winter heizt und im Sommer kühlt. Die Raumkühlung erfolgt über die Roh-

re der Fussbodenheizung direkt mit der Erdsonde (freecooling). – Eine grössere PV-Anlage (24

kWp) produziert den gesamten, für die Haustechnik (Heizung, Lüftung, Kühlung und Hilfsener-

gien) notwendigen Strombedarf. Eine zweite, kleinere Solaranlage wird erstmals mit kombinier-

ten Wärme-Strom-Kollektoren (PVT) zur Warmwasservorwärmung sowie zur Stromproduktion

eingesetzt. – Als weitere Besonderheit wird bei diesem Gebäude eine neuartige Einrichtung zur

Ionisierung der Zuluft eingebaut („Leitfähige Luft®“). Ferner verfügt dieses Gebäude über eine

leistungsfähige Steckdose für ein Elektromobil. Das E-Mobil wird über die Plattform sharoo.com

auch öffentlich nutzbar gemacht.

Hauptziel der vorliegenden Studienarbeit war die Optimierung und Verifizierung der gesteckten

Erwartungen in die Gebäudetechnik. Das Ingenieur-d Planungsbüro hässig sustech gmbh, wel-

ches ebenfalls an der Neuwiesenstrasse 8 domiziliert ist, leitete die Untersuchungen. Namhaft

mitgewirkt haben insbesondere Studenten der Fachhochschule Rapperswil unter der Leitung

von Professor Wemhöner.

Die wichtigsten Ergebnisse in Kürze. Der Anspruch eines Nullheizenergiehauses wurde erfüllt. Die

erste Jahresbilanz weist einen Stromüberschuss von knapp 10 kWh/m2 (geplant: 5) auf. Der

Minergie-A-Standard wurde somit bereits im ersten Jahr (trotz noch ausstehender Optimierun-

gen) erfüllt.

Die PVT-Anlage hat abgesehen von einigen Anfangsstörungen die Erwartungen soweit erfüllt.

Interessant ist, dass durch die Wärmeentnahme im PVT-Modul tatsächlich die Stromproduktion

gesteigert wird. Die Wärme direkt für die Warmwasservorwärmung zu nutzen macht technisch

Sinn, falls die Dimensionierung knapp gehalten wird (wie hier geschehen: 7 m2 PVT auf 7 Woh-

nungen). Finanziell lohnt sich der Aufwand jedoch nicht. Die Kühlung der PV-Module ist sicher

der wichtigste Vorteil gegenüber getrennter Systeme. Ohne Wärmeeinspeisung in ein Erdson-

denfeld (oder eine andere Form für die Verwendung von Niedrigtemperaturwärme in grossen

Mengen) machen jedoch PVT-Module gegenüber getrennten Systemen kaum Sinn.

Das Raumklima ist hervorragend. Dank der CO2-geregelten Lüftung wird die Luft auch im Win-

ter nicht zu trocken und dank dem Free-cooling blieben die Räume auch ohne „air condition-

ing“ angenehm kühl.

Einmal mehr zeigte sich, dass im Rahmen einer Optimierungsphase alle wichtigen Energiever-

braucher überwacht werden sollen. Es stellte sich heraus, dass die elektrisch Begleitheizung

ohne Regelung ständig vor sich hin heizte und damit einen grossen unnötigen Stromverbrauch

verursachte. Die nun aktivierte Steuerung lässt rund 60% Einsparungen erwarten.

Insgesamt kann diesem Gebäude grosse Nachhaltigkeit attestiert werden.


Inhalt

Zusammenfassung ..................................................................................................................... 2

Inhalt ............................................................................................................................................ 3

1 Einleitung .............................................................................................................................. 4

1.1 Ausgangslage .............................................................................................................. 4

1.2 Absicht .......................................................................................................................... 5

1.3 Abkürzungen ................................................................................................................ 5

2 Ziele ....................................................................................................................................... 6

2.1 Warmwasservorwärmung mit PVT-Kollektoren ........................................................ 6

2.2 Stromverbrauchsmessungen ..................................................................................... 6

2.3 Kennzahlen................................................................................................................... 6

3 Vorgehen ............................................................................................................................. 7

4 Beschreibung des Gebäudes ........................................................................................... 8

4.1 Minergie-A .................................................................................................................... 8

4.2 Nutzung......................................................................................................................... 8

4.3 Gebäudetechnik ........................................................................................................ 9

5 Ergebnisse .......................................................................................................................... 13

5.1 PVT-Anlage ................................................................................................................. 13

5.2 Stromverbrauchsmessungen Büronutzung ............................................................ 19

5.3 Kennzahlen PVT-Anlage ........................................................................................... 23

5.4 Kennzahlen Gebäude .............................................................................................. 25

5.5 Erfolgskontrolle Komfort und Nutzung .................................................................... 32

6 Optimierungen .................................................................................................................. 35

6.1 PVT-Anlage ................................................................................................................. 35

6.2 Begleitheizung ........................................................................................................... 36

6.3 Wärmepumpe ........................................................................................................... 38

6.4 Legionellen Schaltung .............................................................................................. 40

6.5 Stromverbrauch ......................................................................................................... 41

6.6 Elektroauto ................................................................................................................. 43

7 Wichtigste Erkenntnisse .................................................................................................... 46

7.1 PVT ............................................................................................................................... 46

7.2 Gebäude ................................................................................................................... 47

8 Danksagungen ................................................................................................................. 49

9 Symbole und Formeln ...................................................................................................... 50

Anhang 1 – Messkonzept ........................................................................................................ 52

Anhang 2 – Simulation mit MATLAB/Simulink........................................................................ 57


1 Einleitung

1.1 Ausgangslage

Die Überseeische Missions-Gemeinschaft ist Bauherrin des Neubaus mit Büros und Wohnungen

an der Neuwiesenstrasse 8 in Uster. Dieses Gebäude sollte eine hohe energetische Qualität wie

auch Nutzungsqualität erreichen. Als erstes Gebäude der Schweiz, welches Büros (ca. 20 Ar-

beitsplätze und Wohnungen (7 von unterschiedlicher Grösse) umfasst, hat dieser Neubau den

MINERGIE-A-Standard erreicht (gilt als Pilotanlage für die MINERGIE-Zertifizierung).

Das Gebäude befindet sich im Zentrum der Stadt Uster, nur etwa 200 m vom Bahnhof und hat-

te städtebaulich hohen Anforderungen zu genügen. Im Erdgeschoss ist das auf energieeffizien-

te Gebäudetechnik spezialisierte Ingenieur- und Planungsbüro hässig sustech gmbh eingemie-

tet.

Den MINERGIE-A-Standard für Nullheizenergiehäuser gab es in der Schweiz bisher erst für

Wohnbauten (EFH und MFH). Die Weiterentwicklung für Verwaltungsgebäude ist jedoch in vol-

lem Gange, wobei aber Erfahrungswerte für die Überprüfung des Nachweisverfahrens und

Messdaten eines realen Gebäudes gewünscht sind, um den neuen MINERGIE-A-Standard für

Verwaltungsgebäude praxistauglich zu machen. Die MINERGIE® Agentur Bau (Institut Energie

am Bau der Fachhochschule Nordwestschweiz) arbeitet an der Zertifizierung von MINERGIE-A-

Verwaltungsgebäuden und ist sehr an Mess- und Erfahrungswerten des Projektgebäudes inte-

ressiert. Mit dem Projekt konnte also die Fertigstellung der MINERGIE-A-Zertifizierung für Verwal-

tungsgebäude unterstützt werden, womit ein weiterer Anreiz für Bauherren von Bürogebäuden

geschaffen wurde, ihr Gebäude als Nullwärmeenergiehäuser zu bauen. Eine Übersicht zu allen

Beteiligten findet sich im Kapitel 8.

Das Grundstück ist für tiefe Erdsonden nicht geeignet und somit musste ein Konzept mit elf le-

diglich 80 m tiefen Erdsonden gewählt werden. Das innovative Energiekonzept sieht vor, dass

das Erdsondenfeld im Winter heizt und im Sommer kühlt. Die Raumkühlung erfolgt über die Roh-

re der Fussbodenheizung. Die aus den Räumen abgeführte Wärme wird in die Erdsonden ver-

teilt und damit wird das Erdreich für den nächsten Winter regeneriert. – Eine grössere PV-

Anlage (24 kWp) produziert den gesamten, für die Haustechnik (Heizung, Lüftung, Kühlung und

Hilfsenergien) notwendigen Strombedarf. Eine zweite, kleinere Solaranlage ist mit kombinierten

Wärme-Strom-Kollektoren (PVT) auf dem Südostdach eingebaut. Diese neuartigen PVT-

Kollektoren (auch Hybridkollektoren genannt) werden zur Warmwasservorwärmung sowie zur

Stromproduktion eingesetzt. Mit diesem Konzept kann eine sehr gute energetische Gesamtbi-

lanz erreicht werden. – Als weitere Besonderheit wurde bei diesem Gebäude im Büroteil und in

einer grossen Wohnung eine neuartige Einrichtung zur Ionisierung der Zuluft eingebaut (soge-

nannte „Leitfähige Luft®“). Diese Installation behandelt die Luft so, dass diese viel natürlicher

wirkt und dadurch von den Nutzern sehr geschätzt wird. Untersuchungen zeigten bereits, dass

die Luftmengen dadurch reduziert werden können, die Nutzer die Fenster weniger öffnen und

die Arbeitsleistungen steigen.

Das Elektromobil der hässig sustech gmbh, welches ebenfalls an der Neuwiesenstrasse 8 plat-

ziert ist und Strom vom Gebäude bezieht, wurde ebenfalls in die Messungen einbezogen.


Abbildung 1, Karte von Uster

Abbildung 2, Situationsplan Messobjekt

1.2 Absicht

In Zusammenarbeit mit der Hochschule für Technik Rapperswil (HSR) wurde ein Messprojekt am

Büro-/Wohngebäude im MINERGIE-A-Standard durchgeführt. Der Fokus des Messprojektes lag bei

der PVT-Anlage und dem Eigennutzungsanteil des Solarstroms in einer Büronutzung. Der MINER-

GIE-A Standard wurde ebenfalls überprüft.

In einer ersten Phase bearbeiteten zwei Studenten von der HSR mit hässig sustech zusammen das

Messprojekt bis Mitte Juni 2014 (gilt als Bachelorarbeit). Im Herbst 2014 wurde das Projekt von zwei

weiteren Studenten betreut. Während dieser Zeit wurden auch bereits verschiedene Optimie-

rungsmassnahmen umgesetzt. Im Frühjahr 2015 betreute ein weiterer Student das Messprojekt.

Dabei wurden weitere Optimierungsmassnahmen umgesetzt und eine Jahresauswertung erstellt.

Während der gesamten Zeit standen die Messungen unter der Leitung von hässig sustech, unter-

stützt von der Bauherrschaft (ÜMG) und Professor Carsten Wemhöner von der Fachhochschule

Rapperswil (HSR).

1.3 Abkürzungen

AWEL Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft des Kantons Zürich

COP Coefficient of performance (Wirkungsgrad)

EDR Eigendeckungsrate

EVR Eigenverbrauchsrate

HSG hässig sustech gmbh

JAZ Jahresarbeitszahl

PV Photovoltaik Kollektor

PVT Photovoltaik Anlage kombiniert mit einer thermischen Solaranlage

SD Solarer Deckungsgrad

SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein

SNG Systemnutzungsgrad

WNG Wärmenutzungsgrad

WP Wärmepumpe

WW Warmwasser

Tabelle 1, Liste aller verwendeten Abkürzungen


2 Ziele

2.1 Warmwasservorwärmung mit PVT-Kollektoren

Aussage zum Strom-und Wärme-Ertragspotential von PVT-Kollektoren im Vergleich zu

konventionellen Solaranlagen gleiche Fläche (thermisch und PV).

Prüfen ob sich durch die Abführung der Wärme durch den thermischen Teil der Strom-

ertrag gesteigert werden kann.

Bewertung des gewählten Systemkonzeptes mit Hinweisen zu Dimensionierung und zu

allfälligem Optimierungspotential.

Verhalten der PVT-Anlage in Bezug auf den Ertrag von thermischer- und elektrischer

Energie im Vergleich zu einer Simulation.

2.2 Stromverbrauchsmessungen

Datenerhebung zur Abschätzung des Eigenverbrauchsanteils am produzierten

PV-Strom bei Büronutzung.

Vorschläge zu planerischen Massnahmen zur Beeinflussung des Stromverbrauchs in Bü-

ros: planerische Überlegungen, umgesetzte Massnahmen wie z.B. spezielle Installatio-

nen, Erfahrungen und Empfehlungen.

Visualisierung des Stromverbrauchs der Büronutzung und der Gebäudetechnik.

2.3 Kennzahlen

Jahresertrag der PVT-Anlage

solarer Deckungsgrad der PVT-Anlage

Jahresertrag PV-Anlage

Jahresverbrauch Gebäudetechnik

Jahresarbeitszahl Wärmepumpe

Wärmenutzungsgrad

Systemnutzungsgrad Wärme und Kühlung

Minergie-Kennzahl-Wärme

Erfolgskontrolle zu Komfort und Nutzung im Büro und Cafeteria (Raumlufttemperatur,

Luftfeuchtigkeit, CO2, Personenpräsenz)


3 Vorgehen

Das Messprojekt wurde nach folgendem Vorgehen gegliedert:

1. Klären der Aufgabe, Erarbeiten eines Terminplans, Fixierung von Meilensteinen

2. Erstellung eines Pflichtenhefts, Definition der gewünschten Kennzahlen

3. Erarbeitung eines Messkonzeptes, Installation und Inbetriebnahme der Messgeräte

(eine Übersicht aller Messpunkte befindet sich im Anhang 1 – Messkonze)

4. Simulation der PVT Module und des Gebäudes

5. Auswertung der Messungen und Vergleich der Daten mit simulierten Werte

6. Erarbeiten, Umsetzen und Bewerten von Optimierungspotenzial

7. Dokumentation der Ergebnisse und Erarbeitung von Optimierungsvorschlägen


4 Beschreibung des Gebäudes

4.1 Minergie-A

Ein MINERGIE-A Gebäude muss gemäss Definition des MINERGIE-A Standards den gesamten

Elektrizitätsbedarf für die Heizung, Warmwasser, die Lüftung, die Kühlung und alle Hilfsenergien

selber erzeugen. Dazu werden in den meisten Fällen Photovoltaik-Anlagen (PV) verwendet.

Die zentrale Anforderung an ein MINERGIE-A Haus ist die Einhaltung der MINERGIE-Kennzahl

Wärme. Diese sollte Null oder negativ sein. Damit wird sichergestellt, dass die für die Gebäude-

technik benötigte Energie vom Gebäude selber bereitgestellt wird.

Zu einem MINERGIE-A Haus gehören energieeffiziente Geräte und Beleuchtungen. Dement-

sprechend müssen Haushaltsgeräte der obersten Effizienzklassen (A+, A++ oder A+++) ver-

wendet und bei der Beleuchtung MINERGIE konforme Leuchten eingesetzt werden.

Seit dem Jahr 2014 ist es möglich, Gebäude der Kategorie III (Verwaltungen) und IV (Schulen)

nach MINERGIE-A zu zertifizieren. Im Rahmen dieser Arbeit wird einer der ersten Neubauten mit

Verwaltungs- und Wohnbereich im MINERGIE-A Standard untersucht. (MINERGIE, 2014)

4.2 Nutzung

Das Erdgeschoss und ein Teil des Untergeschosses werden von den Firmen HSG und ÜMG be-

nutzt. Im restlichen Teil des Hauses hat es Wohnungen in denen zum Zeitpunkt der Untersu-

chung rund 16 Personen wohnen.

Untergeschoss

o Keller, Technikraum, Elektrozentrale, Hauswartsraum, Velo- und Kinderwagen

Raum, Waschküche, Trockenraum, Tiefgarage, Serverraum und zwei Lager-

räume

Erdgeschoss

o Büro HSG (ca. 92 m2)

o Büro ÜMG (ca. 92 m2)

o Cafeteria, Sitzungsräume, WC, Dusche und Druckerraum zur gemeinsamen

Nutzung (182 m2)

1. Obergeschoss

o 4.5 Zimmer Wohnung (134.5 m2)

o 3.5 Zimmer Wohnung (98.2 m2)

o 2.5 Zimmer Wohnungen (65.2m2)

o 2.5 Zimmer Wohnungen (52.7 m2)

2. Obergeschoss

o 5.5 Zimmer Wohnung inklusiv Terrasse (207.7 m2)

o 4.5 Zimmerwohnung (110.2 m2)

o Studio (40 m2)

Dachgeschoss

o Dachstock der 2. Obergeschoss Wohnung. Im Dachstock der 5.5 Zimmer Woh-

nung sind die Wechselrichter der PV- und PVT-Anlage und eine Komfortlüftung

untergebracht.

Von der kompletten Energiebezugsfläche von 1205 m2 gehören 366 m2 zur Zone Büro und

839 m2 zur Zone Wohnen. (Kunz, 2014) (Schellenberg, 2013)


4.3 Gebäudetechnik

Abbildung 3, Übersicht der Gebäudetechnik

Die Gebäudetechnik besteht aus folgenden Komponenten:

PV-Anlage

PVT-Anlage

WP mit Erdwärmesonden

Komfortlüftung

Speicher: Heizwärme-Puffer-Speicher, Vorwärmer, WW-Speicher

Heizstab

Begleitheizung

Nachfolgend sind die einzelnen Komponenten genauer beschrieben.

4.3.1 Photovoltaik-Anlage

Auf der grösseren Dachfläche des Gebäudes ist eine PV-Anlage mit Hochleistungsmodulen zur

Gewinnung elektrischer Energie montiert. Dieses Dach ist in Richtung S-SW ausgerichtet und hat

einen Neigungswinkel von 35°. Die Anlage besteht aus zwei Teilgeneratoren mit 51 bzw. 52

Modulen. Es wurden PV-Module der Firma SunPower des Typs SPR-230NE-BLK Arres verwendet.

Die installierte Gesamtfläche beträgt 128 m2 und die Leistung beträgt 24 kWp. Mit einem Wir-

kungsgrad von 18.6 % stellen diese Module den aktuellsten Stand der Technik dar. Mit der in-

stallierten Fläche kann ein Jahresertrag von ungefähr 24‘000 kWh elektrischer Energie erzielt

werden. (Sun Power Corporation, 2011)

Abbildung 4, Situationsplan PV-Anlage

Abbildung 5, PV-Anlage im Dach integriert


4.3.2 PVT-Anlage

Die Idee der Erzeugung von Wärme und Strom im gleichen Kollektor wird schon länger ver-

folgt. Bislang sind jedoch in der Schweiz so genannte Hybrid- oder PVT-Kollektoren noch wenig

verbreitet. Die Hersteller versprechen durch die Tatsache, dass die Wärme durch den thermi-

schen Kollektor abgeführt wird, eine elektrische Ertragssteigerung von bis zu 40%. Nun wurden

auf die kleinere Dachfläche des MINERGIE-A Gebäudes solche Module der Firma Solimpeks

installiert.

Geplant war, 5 Kollektoren des Typs Volther Powertherm zu montieren. Das entspricht einer

installierten Fläche von 7.1 m2. Gemäss Herstellerangaben können mit diesen Kollektoren bis

zu 130 W/m2 elektrische und 610 W/m2 thermische Leistung erreicht werden.

Im Verlauf dieser Arbeit hat sich herausgestellt, dass irrtümlicherweise die falschen PVT-

Kollektoren installiert worden sind. Es wurden Kollektoren vom Modell Volther Powervolt mon-

tiert, diese haben die gleiche Abmessung, sind aber auf eine höhere Stromproduktion ausge-

legt (140 W/m2 elektrisch und 324 W/m2 thermisch). Nach Absprache mit dem Bauherrn wur-

de entschieden, dass die Kollektoren nicht getauscht werden. Alle Resultate und Auswertun-

gen beziehen sich demnach auf den Powervolt Kollektor. (Solimpeks Solar GmbH, 2012)

Folgende Werte waren in der Soltop Steuerung der PVT-Anlage eingestellt:

• Relais (Pumpe) auf Auto

• Antifrogen L (25%) (Keimatz, 2014)

• Durchfluss 6l/min (Mittelwert)

• Betriebsart High flow

• Zeitschritt Logging 1x pro min

Abbildung 6, Situationsplan PVT-Anlage

Abbildung 7, Einbau der PVT-Anlage


4.3.3 Wärmepumpe mit Erdwärmesonden

Das Herzstück der gesamten Gebäudetechnik stellt die Wärmepumpe dar. Diese liefert die

benötigte Wärmeenergie für Heizung und Warmwasser. Das Gebäude verfügt über eine Ge-

othermie Wärmepumpe der Firma CTA. Die genaue Typenbezeichnung lautet: CTA Optiheat

OH 32 e. Diese bezieht Erdwärme über 11, 8 m tiefe Erdwärmesonden und transferiert diese

auf ein höheres Temperaturniveau. Die Wärmepumpe liefert eine Heizleistung von 33.1/30.5

kW (W35/W50). Dabei erreicht sie einen COP von 4.6/3.0. Je nach Betrieb wird der 1‘000 l WW-

Speicher oder der 800 l Puffer-Speicher “geladen“. (CTA AG, 2011)

Im Sommer werden die Räume mittels Fussbodenrohre gekühlt. Ein einfacher Wärmetauscher

ermöglicht dieses Free-Cooling. Gleichzeitig verspricht man sich eine bessere Regeneration

des Erdreichs.

Abbildung 8, CTA Wärmepumpe Optiheat OH 32e

Abbildung 9, Erdwärmesonden, Austritt Bohrung

4.3.4 Komfortlüftung

Alle bis auf eine Lüftung im Dachgeschoss befinden sich alle Lüftungen im Keller. Jedes der

Geräte hat eine eingebaute Wärmerückgewinnung. Grundsätzlich wird die Luft in den Wohn-

und Schlafräumen eingeblasen und in den Nasszellen abgezogen.

Wohnungen:

2 x Comfoair 550E; je mit Enthalpietauscher, 360 m3/h resp. 340 m3/h Luftmenge

Büro:

Minair HRmural 800 TAC 4

CO2 - Steuerung, 600 m3/h Luftmenge, mit Fernbedieneinheit im Büro

Cafeteria/ Konferenz:

Minair HRmural 800 TAC 4

CO2 - Steuerung, 600 m3/h Luftmenge, mit Fernbedieneinheit in Cafeteria


4.3.5 Speicher

Heizung:

Ein 800 l Pufferspeicher dient dazu, die Laufzeit der WP zu verlängern, was eine direkte Auswir-

kung auf die Lebensdauer und den COP der WP hat.

Warmwasser:

In einem 500 l Vorwärmer wird das Kaltwasser mithilfe der PVT-Anlage erwärmt, bevor es in

den 1000 l grossen Warmwasser-Speicher rübergeht. Das Wasser wird hier auf eine Temperatur

von 55 °C erwärmt, die zwei Speicher sind für das komplette Gebäude.

4.3.6 Heizstab

Der Heizstab hat eine Leistung von ungefähr 10 kW und wird für den Legionellenschutz ge-

braucht. Für diesen wird eine Temperatur von über 60 °C benötigt. Die WP ist nur für eine ma-

ximale Temperatur von 55 °C ausgelegt.

Falls die WP mal ausfallen würde, könnte mit dem Heizstab auch die komplette WW-

Erwärmung gemacht werden. Es wird dazu einfach mehr Energie benötigt.

4.3.7 Begleitheizung

Die Begleitheizung hat eine Leistung von ungefähr einem kW und wird benötigt um die SIA-

Normen einzuhalten. Diese besagen, dass zu jeder Tageszeit innerhalb von 10 Sekunden 40 °C

an der Entnahmestelle erreicht werden müssen. (SIA385/1, 2011)

Es gibt zwei Begleitheizbänder: Ein 90 m langes und ein 30 m langes. Zusammen versorgen sie

vier Steigzonen, wobei das kürzere Begleitheizband jene Steigzone bedient, in welcher auch

tagsüber Wasser verbraucht wird (Büro-Sanitäranlagen). Es werden von beiden Bändern un-

gefähr gleich viele Wohnungen versorgt.

4.3.8 Der Heizwärmebedarf und die Wärmedämmung des Gebäudes

Heizwärmebedarf:

Projektwert Heizwärmebedarf komplettes Gebäude 𝑄ℎ = 85MJ

𝑚2∗𝑎≜ 23.6

𝑘𝑊

𝑚2∗𝑎

Grenzwert Heizwärmebedarf komplettes Gebäude 𝑄ℎ,𝑙𝑖 = 158MJ

𝑚2∗𝑎≜ 43.9

𝑘𝑊

𝑚2∗𝑎

U-Werte:

Als U-Wert (früher k-Wert) wird der Wärmedurchgangskoeffizient einer ebenen Wand bezeich-

net. Dieser gibt an, wie gross der Wärmestrom durch die Wand pro m2 und K ist. Je tiefer der U-

Wert, desto besser ist die Wärmedämmung. In der Tabelle unten alle U-Werte von Gebäude.

Büro, Bezeichnungen U-Wert in

W/(m 2*K)

Äquivalenter Boden 2.5

Boden EG 0.13

Wand, Keller 0.16

Aussenwand 0.15

Fenster (Durchschnitt

aller Fenster)

0.97

Tabelle 2, U-Werte vom Teil Büro

Wohnen, Bezeichnungen U-Wert in W/(m 2*K)

Boden, Aussen und Einfahrt 0.18

Dach, inkl. Lukarne 0.18

Aussenwand 0.15

Fenster (Durchschnitt aller

Fenster)

1.00

Tabelle 3, U-Werte von Teil Wohnen


5 Ergebnisse

5.1 PVT-Anlage

Erste Test-Messungen der PVT-Anlagen ergaben, dass der thermische Ertrag kleiner ist als der

Hersteller vorgibt. Es stellte sich heraus, dass die Anlage vom Installateur auf dem Dach falsch

angeschlossen wurde. Dieser Fehler wurde umgehend behoben. Von Zeit zu Zeit bereitete der

Kartenleser der Steuerung Probleme, welche der Hersteller nur teilweise beheben konnte.

Dadurch entstanden grössere Datenlücken, die fehlenden Werte wurden nachträglich so gut

als möglich abgeschätzt und interpoliert.

5.1.1 Bewertung der PVT-Anlage

Die folgenden Grafiken in diesem Kapitel zeigen die Auswertung der ersten Messperiode vom

22. April bis 20. Mai 2014.

Abbildung 10, Energieerträge der PVT-Anlage über die Messperiode. Die thermische Energie ist rot dar-

gestellt, die elektrische Energie blau. Es ist die Flächenbezogene Energiemenge in kWh/m2 dargestellt.

Die Energieerträge der einzelnen Tage während der Messperiode sind oben aufgezeichnet. Es

fällt auf, dass am 28. April, am 30. April und am 03. Mai keine thermische und kaum elektrische

Energie produziert worden ist. Der Vergleich mit dem Verlauf der Globalstrahlung erklärt die

Produktionsausfälle. An diesen drei Tagen wurden Einstrahlungstagessummen von unter

1 kWh/m2 gemessen. Die Höchstwerte lagen an einem guten Tag über 7 kWh/m2.

Es wurde untersucht, inwiefern der WW-Verbrauch mit der erzeugten thermischen Energie

korreliert. Die Untersuchtung hat ergeben, dass die Menge an verbrauchtem WW keinen

messbaren Einfluss auf die erzeugte thermische Energie hat. Diese ist viel stärker von der

Globalstrahlung abhängig.

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0

Di.2

2.0

4

Do

.24

.04

Sa.2

6.0

4

Mo

.28

.04

Mi.3

0.0

4

Fr.0

2.0

5

So.0

4.0

5

Di.0

6.0

5

Do

.08

.05

Sa.1

0.0

5

Mo

.12

.05

Mi.1

4.0

5

Fr.1

6.0

5

So.1

8.0

5

Di.2

0.0

5

Ene

rgie

in k

Wh

/m2

Erzeugte Energie der PVT-Anlage

thermische Energie elektrische Energie


Abbildung 11, Prozentuale Verteilung der Windgeschwindigkeiten, welche auf dem Dach in der PVT-

Kollektor Ebene aufgetreten sind.

Die Aufzeichnung der Windstärke in der Kollektorebene hat ergeben, dass es auf dem Dach

praktisch windstill ist. In der gesamten Messperiode sind kaum Windgeschwindigkeiten über

10 km/h aufgetreten. Die Wärmeverluste durch Wind können bei den PVT-Kollektoren

demzufolge nur gering gewesen sein.

Abbildung 12, Der violette Balken zeigt den elektrischen Energieertrag vom 02. Juni an. Zum Vergleich

sind die elektrischen Energieerträge von verschiedenen Tagen aufgetragen (blau). In grün sind die Wir-

kungsgrade angegeben.

Der Vergleich hat gezeigt, dass die elektrische Leistung stark mit der Kollektortemperatur zu-

sammenhängt. Auch der Einfluss der thermischen Wärmeabfuhr konnte bestätigt werden. So

wurde am 06. Mai (mit Wärmeabfuhr) trotz relativ geringer Einstrahlungswerte (5.12 kWh/m2)

ein hoher Energieertrag (0.72 kWh/m2) erzielt. An diesem Tag wurde ein Wirkungsgrad von

14.06 % erreicht, was für dieses PVT-Module einen hohen Wert darstellt (Maximaler Wirkungs-

grad bei 1000W/m2 ist 14.88%). Am 02. Juni (ohne Wärmeabfuhr) wurde ein deutlich geringe-

rer Energieertrag erzielt, obwohl an diesem Tag die Einstrahlung ungefähr gleich gewesen ist.

Ein Vergleich der Kollektortemperaturen (Abbildung 13) hat gezeigt, dass bei ausgeschalteter

Solarkreispumpe deutlich höhere Temperaturen auftreten als an allen anderen Tagen. Der

75%

22%

3% 0.3% 0%

20%

40%

60%

80%

0-5 km/h 5-10 km/h 10-15 km/h >20 km/h

Häufigkeitsverteilung Windgeschwindigkeit

Windgeschwindigkeit

0.72 kWh

0.54 kWh 0.63 kWh

14.06%

9.85% 10.75%

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

Wir

kun

gsgr

ad η

STC

ele

ktri

sch

er

Ene

rgie

ert

rag

in k

Wh

/m2

06.Mai 02.Juni 10.Mai

Einfluss der Wärmeabführung auf den Wirkungsgrad

Wirkungsgrad

mit Wärmeabführung

ohne Wärmeabführung

mit Wärmeabführung


Wirkungsgrad hat am 02. Juni lediglich 9.85% betragen.

Am 10. Mai (mit Wärmeabfuhr) wurde bei einer Einstrahlung von 5.86 kWh/m2 ein Ertrag von

0.63 kWh/m2 elektrischer Energie erzielt, was einem Wirkungsgrad von 10.75 % entspricht. Die

Abnahme der Wirkungsgrade mit höheren Einstrahlungen bestätigt die Annahme, dass bei

höherer Einstrahlung die elektrischen Energieerträge eher niedriger ausfallen.

Abbildung 13, Kollektortemperaturen vom 02. Juni (ohne thermische Energieproduktion, violett), dem 6.

Mai (mit thermischer Energieproduktion, dunkelblau) und dem 10.Mai (mit thermischer Energieprodukti-

on, hellblau)

Die Betrachtung der Kollektortemperaturen erklärt den positiven Einfluss der Wärmeabfuhr auf

den elektrischen Energieertrag. Obwohl am 10. Mai ungefähr die gleiche Einstrahlung

herrschte wie am 02. Juni, erreichte die Kollektortemperatur am 02. Juni einen Höchstwert von

70 °C. Am 10. Mai lag der maximale Wert der Kollektortemperatur bei 50 °C. Auch am 06. Mai

lagen die Temperaturen in selben Bereich wie am 10. Mai. Die höhere Temperatur im Kollektor

durch die fehlende Wärmeabfuhr ist klar ersichtlich. Damit konnte gezeigt werden, dass die

thermische Energieproduktion zu einer Temperaturreduktion von bis zu 20 K führen kann. Somit

wird das Hersteller-Versprechen eingehalten.

5.1.2 Simulation der PVT-Anlage

Es wurde eine Simulation mit den genau gleichen Komponenten der bestehenden PVT-Anlage

durchgeführt. Diese Simulation wurde mit den Messwerten verglichen. Als Grundlage für die

Simulation wurden die aufgezeichneten Wetterdaten verwendet.

Dadurch konnte die Genauigkeit des Simulationsmodells beurteilt werden. Dazu wurde der

Verlauf der thermischen und elektrischen Leistung mit den realen Messdaten verglichen.

0

20

40

60

80

00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00

Tem

pe

ratu

r in

°C

Kollektortemperaturen vom 02.06. im Vergleich zum 06.05. und 10.05.

10.05. 02.06. 06.05.


Abbildung 14, Vergleich der Energieerträge von verschiedenen Simulationen und realen Messwerten. Die

thermische Simulation wurde mit dem Kollektormodul Soltop Cobra Evo 2.8 V von der Firma Soltop durch-

geführt. Für die Simulation der PV-Anlage wurde das PV-Modul SPR-230NE-BLK Arres von Sun Power ver-

wendet. Es wurde bei allen Simulationen mit einer Kollektorfläche von 7.1 m2, einer Ausrichtung nach O-

SO und einem Neigungswinkel des Dachs von 35 ° gerechnet.

Da bei der Montage der PVT-Kollektoren fälschlicherweise Powervolt anstelle von Powertherm

Kollektoren installiert wurden, wurde zusätzlich eine Simulation mit Powertherm-Kollektoren

durchgeführt. Dabei wurden die Energieerträge verglichen.

Um zu beurteilen, ob herkömmliche Solarthermie-Anlagen oder PV-Anlagen bessere Erträge

geliefert hätten, wurde eine Simulation mit herkömmlichen Anlagen aufgrund der gemessenen

Wetterdaten durchgeführt.

Anschliessend wurden alle Daten mit den effektiv gemessenen Energieerträgen verglichen.

Es hat sich herausgestellt, dass ungefähr 98 % der simulierten thermischen Energie und 88 % der

simulierten elektrischen Energie erreicht werden.

Wenn anstelle der Powervolt-Kollektoren die Powertherm-Kollektoren installiert gewesen wären,

hätte ein um 58 % (+14 kWh/m2) höherer thermischer Ertrag erreicht werden können. Allerdings

wäre der elektrische Ertrag um ca. 30 % (-4 kWh/m2) geringer gewesen.

Die herkömmliche thermische Anlage hätte ca. 75 % (+18.6 kWh/m2) mehr thermische Energie

geliefert, die PV-Anlage ca. 23 % (+3 kWh/m2) mehr elektrische Energie.

13 17.3

9 16

23.9 24.3 38.3

42.5

0

10

20

30

40

50

Gemessene Werte(Powervolt)

Simulierte Werte(Powervolt)

Simulierte Werte(Powertherm)

Simulierte Werte(Soltop Cobra)

Simulierte Werte(SunPower)

Ene

rgie

in k

Wh

/m2

Energieerträge verschiedener Simulationen

elektrische Energie thermische Energie


Abbildung 15, Verlauf der simulierten thermischen Leistungen im Vergleich mit den realen Messwerten.

Stellvertretend für die gesamte Messperiode sind oben der 04. und der 05. Mai dargestellt. Die violette

Kurve stellt die gemessenen Werte dar, die orange die mittels Simulation berechneten Werte.

Um die thermische Leistung genau simulieren zu können, wurden die real gemessenen Massen-

ströme verwendet. Damit konnte erreicht werden, dass die Pumpe immer zu den gleichen

Zeitpunkten läuft wie in an der realen Anlage. Die Ergebnisse zeigen, dass die Berechnung der

thermischen Leistungen zuverlässig läuft und sich gut mit den realen Messwerten deckt. Die

durchschnittliche Abweichung der Simulationswerte von den realen Messwerten lag bei 1.6 %.

Abbildung 16, Verlauf der simulierten elektrischen Leistungen im Vergleich mit den realen Messwerten.

Stellvertretend für die gesamte Messperiode sind oben der 04. und der 05. Mai dargestellt. Die grüne Kur-

ve stellt die gemessenen Werte dar, die blaue die mittels Simulation berechneten Werte.

Oben dargestellt ist der Verlauf der simulierten und der effektiven elektrischen Leistungen der

PVT-Kollektoren. Die Messwerte liegen um ca. 14 % tiefer, als die mit der Simulation berechne-

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

So.04.05. 00:00 So.04.05. 12:00 Mo.05.05. 00:00 Mo.05.05. 12:00 Di.06.05. 00:00

Leis

tun

g in

W/m

2

Thermische Leistung

Simulation Thermisch Messdaten Thermisch

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

So.04.05 00:00 So.04.05 12:00 Mo.05.05 00:00 Mo.05.05 12:00 Di.06.05 00:00

Leis

tun

g in

W/m

2

Elektrische Leistung

Simulation Elektrisch Messdaten Elektrisch


ten Werte. Wenn in der Simulation für den Wirkungsgrad des Wechselrichters 80 % verwendet

wird, anstelle der im Datenblatt angegebenen 94.3 %, dann stimmen die Werte überein. Um

diese Annahme zu überprüfen wurde der Wechselrichter gemessen. Die Ergebnisse sind aus

dem nächsten Kapitel zu entnehmen.

Wechselrichter PVT-Anlage

Weil die Messungen der elektrischen Seite rund 14% tiefere Erträge liefert als die berechneten

Werte aus der Simulation wurde überprüft ob die Angaben zum Wechselrichter der Realität

entsprechen. Für dies wurden mit einem für diesen Zweck vorgesehen Messgerät während zwei

Wochen Messungen am Wechselrichter durchgeführt. Die Messperiode welche ausgewertet

wurde dauerte vom 18.05.15 bis 01.06.15.

Abbildung 17, Tagesverlauf vom 31.05.2015 mit dem Wirkungsgrad des Wechselrichters und der Leistung

an einem Tag mit hoher Sonneneinstrahlung

Wider Erwarten zeigte sich, dass der Wechselrichter über lange Zeit bei einem Wirkungsgrad

von über 0.9 arbeitete. Die Peaks welche in der Ausgangsleistung ersichtlich sind, werden vom

Wechselrichter nicht übernommen. Das heisst, der Wechselrichter kann mit Schwankungen bei

der Solareinstrahlung gut umgehen und hält seinen Wirkungsgrad hoch. Weiter ist erkennbar,

dass die PVT-Anlage nach SOO ausgerichtet ist, da die grösste Leistung bereits vor dem Mittag

erzielt wird. Zu den Zeiten in welchen der Wirkungsgrad des Wechselrichters unter die 90 %-

Marke fällt, ist auch ersichtlich dass die Leistung deutlich geringer ist, weshalb der niedrigere

Wirkungsgrad für die Gesamtproduktion nicht ins Gewicht fällt. Im Durchschnitt arbeitete der

Wechselrichter an diesem Tag mit einem Wirkungsgrad von 0.90.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

06:33 08:33 10:33 12:33 14:33 16:33 18:33

Leis

tun

g A

C [

W]

Wir

kun

gsgr

ad

Tagesverlauf mit viel Solarstrahlunng

Wirkungsgrad P_AC


Abbildung 18, Tagesverlauf vom 26.05.2015 mit dem Wirkungsgrad des Wechselrichters und der Leistung

an einem Tag mit wenig Sonneneinstrahlung

An Tagen mit geringer Sonneneinstrahlung zeigt sich ein anderes Bild. Solange die Ausgangs-

leistung unter 100 W bleibt, ist auch der Wirkungsgrad des Wechselrichters niedrig. Es ist auch

gut ersichtlich, dass der Wechselrichter die Peaks bei der Leistung nicht ausgleichen kann (gut

erkennbar zwischen 13:00 und 17:00). Sobald die Leistung über 500 W steigt, arbeitet der

Wechselrichter mit einem sehr guten Wirkungsgrad. Die Peaks in der Leistung beeinträchtigen

den Wirkungsgrad nicht massgeblich, er bleibt auf einem Niveau von über 0.9. Aufgrund der

häufigen Zeitabschnitte in welchen der Wirkungsgrad unter 0.1 fällt, beträgt der mittlere Wir-

kungsgrad an diesem Tag 0.55 (Werte zwischen 0.944 und 0.099).

Aufgrund der ausgewerteten Messdaten kann das Einhalten der Angaben des Herstellers be-

züglich des Wirkungsgrads bestätigt werden. Es wurden Wirkungsgrade bis 94.3 % gemessen.

An sonnigen Sommertagen (ende Mai) ist der Wirkungsgrad während ca. 8 h auf einem Ni-

veau von 93.5 %. So lange die Ausgangsleistung unter ca. 500 W liegt, arbeitet der Wechsel-

richter mit einem deutlich niedrigeren Wirkungsgrad. Bei der Simulation wurde davon ausge-

gangen, dass der Wechselrichter einen konstanten Wirkungsgrad von 94.3% hat. Wie die Mes-

sungen zeigten ist diese Annahme aber falsch.

5.2 Stromverbrauchsmessungen Büronutzung

5.2.1 Eigenstromanteil bei Büronutzung

Eine interessante Frage bei MINERGIE-A® mit Büronutzung ist, wie sich die Büronutzung auf die

Eigenverbrauchsrate (EVR) und Eigendeckungsrate (EDR) auswirkt. Da der Strom tagsüber pro-

duziert wird und auch tagsüber bezogen wird (anders als bei Wohnhäusern, wo der Stromver-

brauch morgens und abends anfällt wenn die PV-Anlage nicht produziert), wird eine hohe

Gleichzeitigkeit zwischen Produktion und Verbrauch erwartet.

In der Jahresbilanz wird die Anforderung, dass mehr Strom produziert werden muss als ver-

braucht wird, erfüllt, also über 100% EDR. Je kleiner man jedoch das Bilanzierungsintervall wählt,

umso kleiner wird auch die EVR und EDR, da Lastspitzen auftreten können welche nicht (oder

nur zu einem geringeren Anteil) im gleichen Zeitraum von der PV-Produktion gedeckt werden

können. Somit besteht die Möglichkeit, dass sich die Produktion und Verbrauch innerhalb eines

Intervalls ausgleichen. Die EVR/EDR-Werte werden so besser als die Realität.

Damit ein direkter Vergleich von einer Büronutzung zu einer Wohnnutzung gemacht werden

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

06:52 08:52 10:52 12:52 14:52 16:52 18:52

AC

-Le

istu

ng

[W]

Wir

kun

gsgr

ad

Tagesverlauf mit wenig Solarstrahlung

Wirkungsgrad P_AC


kann, wurde in den folgenden Ergebnissen nur ein Teil der Produktion und des Verbrauchs mit

eingerechnet.

Berechnung für den Anteil der Gebäudetechnik anhand der EBF:

EBF Total: 1205 m2

EBF Zone Büronutzung: 366 m2

Die Zone Büronutzung macht einen Anteil von 30% der totalen EBF aus (1205 m2/366 m2). Ent-

sprechend wird 30% vom Verbrauch der Gebäudetechnik der Zone Büronutzung angerechnet.

Somit ergibt sich ein Verbrauch für die Gebäudetechnik und die Büronutzung (inkl. Elektroauto)

von 22‘473 kWh für die Messperiode vom 1. Mai 2014 bis 30. April 2015.

Berechnung für den Anteil der PV-Anlage anhand des Verbrauchs:

Bei der Berechnung für die Produktion wird angenommen, dass die PVA übers Jahr gesehen

gleich viel produziert, wie das Büro mit dem Anteil der Gebäudetechnik verbraucht. Für dies

muss die PVA eine Leistung von 21.7 kWp haben (Produktion liegt dann bei 22‘435 kWh).

In der Praxis wird es schwer sein, eine 21.7 kWp PVA auf ein Bürogebäude mit einer EBF von

366 m2 zu montieren. Diese Betrachtungsweise erlaubt aber ein direkter Vergleich zu einem

Gebäude mit Wohnnutzung.

Abbildung 19, Eigenverbrauchsrate (EVR) über verschiedene Bilanzierungsintervalle, der 5min EVR (grün)

befindet sich unter der 15min EVR (violett); Fallbeispiel Büronutzung inkl. Gebäudetechnik 366 m2 und 21.7

kWp PVA

Das Bilanzierungsintervall von 1 Stunde ist annähernd deckungsgleich mit dem 15min

und 5min Bilanzierungsintervall. Das Bilanzierungsintervall über 6 Stunden ist konstant

rund 10% höher, der 1 Tages und Monats Bilanzierungsintervall variiert sehr stark und ist

demnach nicht aussagekräftig für die EVR. Im Juni war der Verbrauch sehr tief und die

Produktion sehr hoch, entsprechend lag die EVR nur bei 30%. Umgekehrt verhält es sich

Im Dezember und Januar mit den höchsten Verbräuchen und kleinesten Produktion,

dort lag die EVR bei fast 60%, über den Tag gesehen sogar bei 95 bis 100%.

0

10

20

30

40

50

60

70

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90

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0

500

1'000

1'500

2'000

2'500

3'000

3'500

Mai2014

Jun2014

Jul2014

Aug2014

Sep2014

Okt2014

Nov2014

Dez2014

Jan2015

Feb2015

Mrz2015

Apr2015

EVR

(%

)

Pro

du

ktio

n u

nd

Ve

rbra

uch

(kW

h)

Eigenverbrauchsrate

Produktion Verbrauch EVR 5min EVR 15min

EVR 1 Stunde EVR 6 Stunden EVR 1 Tag EVR 1 Monat


Abbildung 20, Eigendeckungsrate (EDR) über verschiedene Bilanzierungsintervalle, der 5min EDR (grün)

befindet sich unter der 15min EDR (violett); Fallbeispiel Büronutzung inkl. Gebäudetechnik 366 m2 und 21.7

kWp PVA

Mit den Bilanzierungsintervallen 5min bis 1 Stunde verhält es sich gleich wie die EVR in

Abbildung 19. Über die Sommermonate April bis September, beträgt die EDR rund 50%.

Während den Wintermonaten sinkt die Produktion um ein vielfaches und der

Verbrauch steigt etwas an. Entsprechend sinkt die EDR auf unter 30%. In den

Wintermonaten hat der Bilanzierungsintervall keinen grossen Einfluss mehr auf die EDR.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

500

1'000

1'500

2'000

2'500

3'000

3'500

Mai2014

Jun2014

Jul2014

Aug2014

Sep2014

Okt2014

Nov2014

Dez2014

Jan2015

Feb2015

Mrz2015

Apr2015

EDR

(%

)

Pro

du

ktio

n u

nd

Ve

rbra

uch

(kW

h)

Eigendeckungsrate

Produktion Verbrauch EDR 5min EDR 15min

EDR 1 Stunde EDR 6 Stunden EDR 1 Tag EDR 1 Monat


Abbildung 21, Eigenverbrauchsrate (EVR) und Eigendeckungsrate (EDR) über das Bilanzierungsintervall von

5min; Fallbeispiel Büronutzung inkl. Gebäudetechnik 366 m2 und 21.7 kWp PVA

In der obigen Abbildung sind die EVR und EDR abgebildet. Einer der beiden Werte ist stets höher

oder tiefer als der andere. Ausser im Oktober dort waren die Produktion und der Verbrauch

beinahe gleich gross. Steigt die Produktion erhöht sich die EDR, steigt der Verbrauch erhöht sich

die EVR. Für eine Optimierung der EDR und EVR ist die PVA-Grösse im Verhältnis zum Stromver-

brauch entscheidend.

Abbildung 22, Der Eigenverbrauch zeigt die Differenz von Produktion und Verbrauch; rot: zeigt jenen Ver-

brauch, der von der PV-Anlage nicht gedeckt werden konnte und vom Netz bezogen wurde; blau: zeigt

jene Produktion die ins Netz eingespeist wurde.

Es zeigt sich, dass an einem schönen Tag im Frühling deutlich mehr Strom produziert wird als

verbraucht wurde. Die Anlage hat an diesem Tag 308 kWh (100 %) produziert, der totale

Stromverbrauch war 101 kWh (33 %). Somit wurde an diesem Tag ein Überschuss von 207 kWh

0

10

20

30

40

50

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70

80

90

100

0

500

1'000

1'500

2'000

2'500

3'000

3'500

Mai2014

Jun2014

Jul2014

Aug2014

Sep2014

Okt2014

Nov2014

Dez2014

Jan2015

Feb2015

Mrz2015

Apr2015

EVR

un

d E

DR

(%

)

Pro

du

ktio

n u

nd

Ve

rbra

uch

(kW

h)

Eigenverbrauch-und Eigendeckungsrate

Produktion Verbrauch EVR 5min EDR 5min

-15

-10

-5

0

5

10

15

Fr.25.04. 06:00 Fr.25.04. 09:00 Fr.25.04. 12:00 Fr.25.04. 15:00 Fr.25.04. 18:00 Fr.25.04. 21:00

Leis

tun

g in

kW

Eigenverbrauch

bezogene Energie vom Netz eingespiesene Energie ins Netz


(67 %) produziert.

Der Peak nach dem Mittag entsteht beim Laden des Elektroautos, während 75 min bezieht das

Elektroauto bis zu 21 kW. Total brauchte es 13 kWh bis der Akku wieder geladen war. Dies

entspricht 60% einer Volladung (22 kWh). Mit einer intelligenten Ladung könnte dieser Peak

gebrochen werden indem über eine länger Zeit mit einer geringern Leistung geladen wird,

mehr dazu im Kapitel 6.6.

5.2.2 Kennzahlen Eigenstromanteil bei Büronutzung

In der Tabelle 4, sind die Mittelwerte über 1 Jahr der verschiedenen Bilanzierungsintervalle von

EVR und EDR aus dem Kapitel 5.2.1 dargestellt.

Tabelle 4, Mittelwerte über die verschiedenen Bilanzierungsintervalle der Eigenverbrauchsrate (EVR) und

Eigendeckungsrate (EDR)

5min 15min 1h 6h 1 Tag 1 Monat 1 Jahr

EVR in % 37.2 37.5 39.1 47.1 66.6 77.2 100

EDR in % 37.1 37.5 39.0 47.0 66.5 77.1 100

Grob betrachtet liegt die EDR und EVR bei diesem Fallbeispiel bei rund 40%. Die Werte

erreichen bei Wohnbauten in der Regel nicht mehr als 30%. Somit kann gesagt werden dass

die EVR und EDR in einem Bürogebäude rund 10% höher ausfällt als bei einem Wohngebäude.

Erstaunlicherweise ist die EVR und EDR bei allen Intervallen gleich gross. Dies hängt

wahrscheinlich damit zusammen, dass in diesem Fallbeispiel der Verbrauch und die Produktion

übers Jahr genau gleich hoch sind.

5.3 Kennzahlen PVT-Anlage

Aufgrund fehlender Messdaten konnte vom SD und dem ηKN keine Jahresauswertung ge-

macht werden. Beim Jahresertrag wurden die fehlenden Messdaten anhand von vergleich-

baren Monaten aufgerechnet. Entsprechend sind diese Zahlen mit Vorsicht zu geniessen.

5.3.1 Jahresertrag

Der Jahresertrag der PVT-Anlage beträgt auf der thermischen Seite 1300 kWh und auf der

elektrischen Seite 700 kWh. Zusammen ist der Ertrag 2000 kWh oder 280 kWh/m2 Absorberflä-

che, respektive 1.7 kWh/m2 Energiebezugsfläche.

Es ist zu berücksichtigen dass auf der thermischen Seite erhebliche Messlücken entstanden

sind, entsprechend sind die Zahlen mit Vorsicht zu geniessen.

5.3.2 Solarer Deckungsgrad Warmwasser

Der Solare Deckungsgrad (SD) beschreibt den Anteil der solaren Energie am Warmwasser.

𝑆𝐷 =𝑄𝑊𝑊 − 𝑄𝑍𝑢

𝑄𝑤𝑤


Tabelle 5, Auswertung

SD

Monat SD

Mai 0.14

Juni 0.27

Juli 0.09

August 0.18

September 0.241

Oktober 0.152

November 0.06

Total 0.16

Abbildung 23, Solarer Deckungsgrad Mai bis November 2014

1 Messlücke: Datenlogger Labview vom 20.09.2014-01.10.2014 2 Messlücke: Datenlogger Labview vom 20.09.2014-07.10.2014 und vom 25.10.14-31.10.14

Die Begleitheizung wurde in den Berechnungen nicht berücksichtigt. Der SD würde sonst nega-

tive Werte annehmen.

Für Systeme mit solarer Vorerwärmung wird der SD bei verglasten Flachkollektoren auf unter

30% ausgelegt. Da es sich hier um eine PVT-Anlage handelt, dürfen die Systeme fairerweise

nicht 1:1 verglichen werden. Der SD erreicht im Juni knapp 30%. Im Juli ist der SD mit 9% erstaun-

licherweise sehr klein. Erstaunlich, weil der Juli mit 184 kWh produzierter thermischer Energie,

einer der besten solaren Erträge aufweist.

Eine mögliche Erklärung ist, dass der Anteil von der WP erzeugte Energie zu hoch ist. Ein weite-

rer Grund dafür könnte sein, dass die WP, auch ohne oder geringem Warmwasserbedarf, auf-

grund des Zeitprogrammes eine minimale Einschalthäufigkeit aufweist. Auch muss eine minima-

le Laufzeit von 10 Minuten eingehalten werden. Dies führt zu einer Überproduktion von Wär-

menergie der WP. Mit einem Ferienprogramm, welches im Regler programmiert werden kann,

könnte dieses Problem umgangen werden.

Je kürzer die Tage werden, desto geringer wird der SD. Im Winterbetrieb muss mit viel kleineren

Werten (gegen 0) gerechnet werden.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov

SD

Solarer Deckungsgrad

SD


5.4 Kennzahlen Gebäude

Aufgrund fehlender Messdaten und dem zeitlich beschränkten Budget des Studenten konnte

vom SNG und dem SNGK keine Jahresauswertung gemacht werden.

Abbildung 24, Um die verschiedenen Grössen definieren zu können wurden verschiedenen Bilanzgrenzen

gezogen.

Neben den oben abgebildeten Kennzahlen wurde die Minergie-Kennzahl-Wärme ermittelt.

5.4.1 Jahresertrag PV-Anlage

Die PV-Anlage lieferte während der ganzen Messperiode vom Mai 2014 bis April 2015

24‘500 kWh oder 20 kWh/m2 EBF.

5.4.2 Jahresverbrauch Gebäudetechnik

Abbildung 25, Stromverbrauch Gebäudetechnik und Stromertrag (23.04.14 - 22.04.15)

Gesamthaft benötigten die Gebäudetechnik 19‘000 kWh Energie. Aus der PV- und

PV/T-Produktion resultierte ein Gewinn von 25‘000 kWh. Es ist ersichtlich, dass die Begleitheizung

einen beachtlichen Anteil (von 32 %) am Stromverbrauch ausmacht. Rechnet man mit dem

0

5'000

10'000

15'000

20'000

25'000

30'000

Verbrauch Ertrag

kWh

Stromverbrauch und Stromertrag über ein Jahr

Lüftung

Rohrbegleitheizung

Trinkwasserboiler

WP

PV/T-Anlage

PV-Anlage


durchschnittlichen Verbrauch nach den Optimierungen am Begleitheizband, sinkt der Strom-

verbrauch um ca. 4‘500 kWh. Im Kapitel 6.2 wird weiter darauf eingegangen.

5.4.3 Jahresarbeitszahl Wärmepumpe

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) wird zur Bewertung der energetischen Effizienz der Wärmepumpe

verwendet. Sie gibt Auskunft über das Verhältnis der gewonnen Wärmeenergie zur aufgewen-

deten elektrischen Energie über das ganze Jahr hinweg betrachtet.

Die Formel für die Berechnung der JAZ ist wie folgt definiert:

𝐽𝐴𝑍𝑊𝑃−ℎ𝑤𝑤 =𝑄𝑊𝑃−ℎ𝑤𝑤

𝐸𝑊𝑃

Tabelle 6, Auswer-

tung JAZ

Monat JAZ

Mai 3.81

Juni 3.19

Juli 3.12

August 3.13

September 3.10

Oktober 3.251

November 3.682

Dezember 4.39

Januar 4.25

Februar 4.30

März 3.17

April 3.763

Total 3.56

Abbildung 26, Monatsarbeitszahlen Mai 2014 bis April 2015

1 Messlücke: Datenlogger CTA vom 25.10.14-27.10.14

2 Der Durchflusszähler FQIR138 funktionierte nicht durchgehend. Bei Ausfall wurde mit einem konstanten Massenstrom

gerechnet, welcher aus vorhergehenden Daten ermittelt wurde

3 Für den April 15 bestehen keine Daten vom Datenlogger CTA. Daher wurden die Werte für QWP-HWW aus den Monaten

Mai und März gemittelt.

Die WP erreicht mit einer Jahresarbeitszahl von 3.56, Werte die mit konventionellen Sol-

e/Wasser-Wärme-pumpen mit Erdwärmesonden vergleichbar sind.

Der Grund für die tieferen Arbeitszahlen in den Sommermonaten ist die Warmwasserprodukti-

on. Je kleiner der zu überwindende Temperaturhub zwischen der Erdreichtemperatur und der

heizseitigen Vorlauftemperatur ist, desto effizienter arbeitet die WP. Dies wäre im Heizbetrieb

der Fall, da das vorhandene Wärmeabgabesystem, die Fussbodenheizung, eine Vorlauftem-

peratur von lediglich 35 °C benötigt. Da das Warmwasser von der Wärmepumpe auf 55 °C

erwärmt wird, werden schlechtere Arbeitszahlen erreicht. Die solare Vorwärmung des Warm-

wassers kann als weiteren Grund für die tiefen Arbeitszahlen in den Sommermonaten gesehen

werden. Das vorgewärmte Warmwasser erreicht zu Spitzenzeiten Werte von 40 °C. Die Wärme-

pumpe wird also lediglich für die Nachwärmung benötigt, arbeitet dabei in einem Bereich mit

schlechtem COP und weist daher sehr kurze Laufzeiten auf. Dies wirkt sich negativ auf die Ar-

beitszahl aus. Die kälteren Monate weisen aus den oben genannten Gründen auch eine bes-

sere Arbeitszahl auf. Abschliessende Aussagen zur JAZ der WP können noch nicht gemacht

werden, da innerhalb der Messperiode noch verschiedene Anpassungen gemacht wurden. Es

kann jedoch davon ausgegangen werden, dass die JAZ im zweiten Betriebsjahr deutlich höher

ausfallen wird.

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Apr

JAZ

Monatsarbeitszahlen

Arbeitszahl


5.4.4 Wärmenutzungsgrad

Der Wärmenutzungsgrad (WNG) beschreibt das Verhältnis der von allen Wärmeerzeugern pro-

duzierten Wärme zur aufgewandten, elektrischen Energie. Laut Bilanzgrenzen darf der gewon-

nene elektrische Ertrag der PVT Anlage davon abgezogen werden. Die Begleitheizung wird in

dieser Definition weggelassen.

Die Formel für die Berechnung des WNG ist wie folgt definiert:

𝑊𝑁𝐺 =𝑄𝑊𝑃−𝐻𝑊𝑊 + 𝑄𝑆𝑜𝑙 + 𝑄𝑍𝐻

𝐸𝑊𝑃 + 𝐸𝑆𝑜𝑙 + 𝐸𝑍𝐻 − 𝐸𝑃𝑉𝑇

Tabelle 7, Auswer-

tung WNG

Monat WNG

Mai 4.88

Juni 9.12

Juli 6.36

August 3.661

September 3.142

Oktober 3.793

November 3.654

Dezember 4.295

Januar 3.036

Februar 4.306

März 3.436

April 5.257

Total 3.99

Abbildung 27, Wärmenutzungsgrad Mai 2014 bis April 2015

1Messlücke Datenlogger Soltop (PVT): 04.08.2014-19.09.2014

2 Messlücke Datenlogger Soltop (PVT): 04.08.2014-19.09.2014 und Labview: 19.09.2014-07.10.2014

3 Messlücke Datenlogger CTA: 25.10.14-27.10.14

4 Messlücke Datenlogger Soltop (PVT): 14.11.2014-01.12.2014



7 Wert wurde interpoliert, s. Auswertung JAZ

Für QSol wurden aufgrund der Messausfälle für die Monate Dezember bis März Werte ange-

nommen. Es stellte sich heraus, dass der Einfluss auf das Endergebnis sehr gering ist. Das Ergeb-

nis von einem WNG 3.99 wurde aus dem Total der Werte berechnet. Das Ergebnis ist sehr zu-

friedenstellend. Es bedeutet, dass ungefähr vier Mal mehr Wärmeenergie erzeugt werden

konnte, als elektrische Energie dafür aufgewendet werden musste. Es ist zu beachten, dass in

der Auswertung über das gesamte Jahr die Begleitheizung nicht mit einbezogen wurde. Diese

hat einen grossen Einfluss auf den WNG. Mit den optimierten Einstellungen am Begleitheizband

wird erwartet, dass auch unter Berücksichtigung desselben ein guter WNG erreicht werden

kann.

Um den Einfluss des Begleitheizbandes auf den

WNG deutlich zu machen, wurden die Monate

Dezember 2014 bis März 2015 einmal ohne und

einmal mit Begleitheizung berechnet. Der WNG

veränderte sich dadurch deutlich wie in der

nebenstehenden Tabelle ersichtlich ist. Tabelle 8, Auswirkung Begleitheizband auf den

WNG

WNG 12.2014 bis 03.2015

Ohne Begleitheizung 3.88

Mit Begleitheizung 3.05

0

2

4

6

8

10


WN

G

Wärmenutzungsgrad

WNG


5.4.5 Systemnutzungsgrad Wärme

Der Systemnutzungsgrad (SNG) ist das Verhältnis der Nutzwärme für Warmwasser und Raumhei-

zung zur gesamten, für die Produktion benötigte elektrische Energie (inkl. Begleitheizung). Auch

hier darf nach den Bilanzgrenzen die produzierte elektrische Energie der PVT-Anlage subtrahiert

werden.

𝑆𝑁𝐺 =𝑄𝑊𝑊 + 𝑄𝐻

𝐸𝑊𝑃 + 𝐸𝑆𝑜𝑙 + 𝐸𝑍𝐻 − 𝐸𝑃𝑉𝑇

Der SNG konnte aufgrund technischer Probleme und aus Zeitgründen nicht für das ganze Jahr

berechnet werden. Eine aussagekräftige Interpretation zum SNG über ein Jahr ist nicht mög-

lich.

Tabelle 9, Auswer-

tung SNG

Monat SNG

Mai 1.4

Juni 1.1

Juli 0.7

August 11

September 0.92

Oktober 13

November 24

Dezember 2.13

Total 1.3

Abbildung 28, Systemnutzungsgrad Wärme Mai bis Dezember 2014

1 Messlücke: Datenlogger Soltop (PVT) vom 04.08.2014-19.09.2014; ESol wurde geschätzt

2 Messlücke: Datenlogger Labview vom 20.09.2014-01.10.2014

3 Messlücke: Datenlogger Labview vom 20.09.2014-07.10.2014 und vom 25.10.14-31.10.14

4 Messlücke: Datenlogger Soltop (PVT) vom 14.11.2014-18.12.2014; ESol wurde geschätzt

Die Auswertung vom Mai bis Dezember zeigt das der SNG während der Heizperiode rund dop-

pelt so hoch ist wie in während den Sommermonaten. Im Juli und September fäll der SNG unter

eins, das heisst die Speicher und verteil Verluste überwiegen der effizienten Produktion durch

die WP und der PVT-Anlage. Der Hauptgrund ist hier die Begleitheizung und der schlechte JAZ

der WP wie bereits im Kapitel 5.4.1erläutert.

Um den Einfluss des Begleitheizbandes auf den

SNG deutlich zu machen, wurde im Mai einmal

ohne und einmal mit Begleitheizung gerech-

net. Der SNG veränderte sich dadurch deutlich

wie in der nebenstehenden Tabelle ersichtlich

ist. Tabelle 10, Auswirkung Begleitheizband auf den

SNG

SNG Mai 2014

Ohne Begleitheizung 4

Mit Begleitheizung 1.4

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

SNG

Systemnutzungsgrad Wärme

SNG


5.4.6 Systemnutzungsgrad Kühlung

Um die Effizienz des passiven Kühlbetriebs zu beschreiben, wird das Verhältnis von der über die

Bodenheizung abgeführten Kühlenergie mit der dazu aufgewendeten Pumpenenergie für die

Wärmequelle und Wärmeverteilung gebildet. Dieser Wert wird als Systemnutzungsgrad Kühlung

(SNGK) bezeichnet.

𝑆𝑁𝐺𝐾 =𝑄𝐾

𝐸𝑃𝑢𝑚𝑝𝑒𝑛

Tabelle 11, Auswer-

tung SNGK

Monat SNGK

Mai 14

Juni 17

Juli 17

August 171

September 212

Total 17

Abbildung 29, Systemnutzungsgrad Kühlung vom Mai bis September 2014

1 Messlücke: Datenlogger MBSheet vom 03.06.14-7.10.14 & 25.10.14-27.10.14 & 26.11.14-27.11.14 2 Messlücke: Datenlogger Labview vom 20.09.2014-01.10.2014

Die Pumpenleistung wird vom gleichen Energiezähler erfasst wie die Wärmepumpenleistung. Für die Berechnung der

Pumpenenergie wird eine durchschnittliche Pumpenleistung von 0.6kW verwendet.

Der Systemnutzungsgrad „Kühlen“ ist aufgrund der konstanten Pumpenleistung nur davon ab-

hängig, wie viel Wärme aus dem Gebäude abgeführt werden kann. Der Nutzungsgrad über

den ganzen Sommer hinweg beträgt 17. Dieser Wert ist Vergleichbar mit anderen Anlagen

welche in der Regel einen Systemnutzungsgrad Kühlung zwischen10 bis 30 erreichen. Darin

nicht berücksichtig ist der positive Nebeneffekt, dass die WP einen besseren COP erreicht. Die-

ser Nebeneffekt wird im folgenden Abschnitt genau erläutert.

COP Steigerung dank Kühlbetrieb

Um den Kühlbetrieb und das Verhalten der Anlage zu charakterisieren, wurde der Monat ana-

lysiert, in dem am meisten gekühlt wurde. Mit einer abgeführten Wärmenergie von 2100 kWh

war dies der Monat Juni. Dies entspricht in etwa 40% der ganzen Messperiode. Die Auswertung

der Sommerperiode zeigt, dass mehr als 5.5 MWh Wärmenergie aus dem Gebäude abgeführt

werden konnten.

Im Juni wurden insgesamt 229 Stunden gekühlt. Dies entspricht in etwa 32% der Stunden vom

ganzen Monat. Im Mittel wurde mit einer Leistung von 9.3 kW gekühlt, wobei temporär eine

maximale Kühlleistung von 14.7 kW erreicht wurde. Die mittlere Kühlleistung entspricht einer

spezifischen Kühlleistung von 7.7 W/m2EBF. Die maximale Kühlleistung wurde nach einer Periode

erreicht, in der für eine längere Zeit nicht gekühlt wurde, er entspricht einer spezifischen Kühl-

leistung von 12.2 W/m2EBF.

Laut Theorie sollte die Wärmepumpe im gleichzeitigen Kühlbetrieb effizienter Warmwasser pro-

duzieren. Dieser Effekt konnte anhand der Messdaten nachgewiesen werden:

Die Sole-Vorlauftemperatur erreichte im Kühlbetrieb eine gemittelte Vorlauftemperatur von

14°C. Dies entspricht einer mittleren Temperaturerhöhung von 1.7 K im Parallelbetrieb. Diese

Temperaturerhöhung hat zur Folge, dass mehr Wärmenergie vom Solekreislauf für die Wärme-

0

5

10

15

20

25

Mai Jun Jul Aug Sep

SNG

K

Systemnutzungsgrad Kühlung

SNGK


pumpe zur Verfügung steht.

Diese Energie ist wie folgt definiert:

𝑄𝑆𝑜𝑙𝑒 = 𝑉Sole ∗ 𝑆𝑜𝑙𝑒

∗ 𝑐𝑝𝑆𝑜𝑙𝑒 ∗ (𝑇𝑆𝑜𝑙𝑒−𝑉𝐿 − 𝑇𝑆𝑜𝑙𝑒−𝑅𝐿)

Die Temperaturdifferenz (𝑇𝑆𝑜𝑙𝑒−𝑉𝐿 − 𝑇𝑆𝑜𝑙𝑒−𝑅𝐿) wurde durch die Temperaturerhöhung im Vorlauf

positiv beeinflusst. Gemittelt ist sie im Parallelbetrieb um 0.5 K höher als im Normalbetrieb. Bei

konstantem Volumenstrom im Solekreislauf entspricht dies einer erhöhten Wärmeleistung von

20%, die an die Wärmepumpe abgegeben wird.

Im gleichzeitigen Kühlbetrieb erreichte die Wärmepumpe eine

Arbeitszahl von 3.7. Die Leistungszahl konnte im Parallelbetrieb

also etwas verbessert werden.

Tabelle 12, gemittelte COP's der

WP im Juni

COP

Ohne Kühlen 3.5

Mit Kühlen 3.7

5.4.7 MINERGIE-Kennzahl-Wärme

Zur Berechnung der MINERGIE-Kennzahl-Wärme wurde der Strombedarf für Heizung, Warm-

wasser und Lüften mit dem Gewichtungsfaktor g multipliziert. Davon wurde die erzeugte elekt-

rische Energie, welche mit dem Gewichtungsfaktor multipliziert wurde, abgezogen. Danach

wurde noch durch die Energiebezugsfläche (1205 m2) dividiert. Der Wert für den Gewichtungs-

faktor wurde stammt aus dem Reglement für MINERGIE-A.

(𝐸𝐿𝐾 + 𝐸𝑊𝑃 + 𝐸𝑆𝑜𝑙 + 𝐸𝑍𝐻) ∗ 𝑔 − (𝐸𝑃𝑉 + 𝐸𝑃𝑉𝑇) ∗ 𝑔 ≤ 𝑀𝐼𝑁𝐸𝑅𝐺𝐼𝐸 − 𝐴 − 𝐺𝑟𝑒𝑛𝑧𝑤𝑒𝑟𝑡 (0𝑘𝑊ℎ

𝑚2)

Tabelle 13, Auswertung der MINERGIE®-Kennzahl Wärme

Monat MINERGIE- Kennzahl-Wärme

in kWh/m2

Mai -2.91

Juni -3.76

Juli -2.18

August -2.471

September -2.401

Oktober -1.23

November 0.58

Dezember 3.002

Januar 3.112

Februar 2.152

März -0.94

April -2.66

Total -9.70


Abbildung 30, MINERGIE®-Kennzahl Wärme für alle Monate während des ersten Betriebsjahres in [kWh/m2]

1 Die Zählerstände für die Komfortlüftungen wurden monatlich abgelesen und von Hand erfasst. Die Monate August

und September wurden in der Betriebskontrolle nicht einzeln erfasst. In diesem Fall wurde der Energieverbrauch

gleichmässig auf die zwei Monate verteilt. Der Zählerstand hatte sich im Monat Mai kaum verändert. Hier scheint ein

Messfehler vorzuliegen. Es wurde mit den vorhandenen Werten gerechnet.

2 Da die Messungen von Soltop in der Zeit von Dezember 14 bis Mitte Februar 15 nicht zuverlässig liefen, wurde für die 3

Monate Dezember, Januar und Februar dieselben Werte angenommen, berechnet aus den Daten zwischen dem

19.12.14 und dem 13.01.15. Dies wird als möglich erachtet, da die Sonneneinstrahlung zu dieser Jahreszeit vergleichs-

weise sehr gering war und die Resultate dadurch nicht zu stark verfälscht wurden.

Die MINERGIE-Kennzahl-Wärme erfüllt mit einem Jahreswert von -9.7 kWh/m2 deutlich die An-

forderungen an MINERGIE-A. Die Kennzahl unterschreitet sogar den Planungswert von

-7.3 kWh/m2. Ein negativer Wert bedeutet, dass mehr Energie durch die PV-Anlage erzeugt als

für die Wärmeerzeugung verbraucht wird. Die Kennzahl multipliziert mit der EBF ergibt der

Energieüberschuss des produzierten Stroms bezüglich der für Wärme aufgewendeten Energie.

In der Monatsauswertung sieht man gut, dass in den Wintermonaten von November bis Feb-

ruar die Vorgabe nicht eingehalten wird. Dafür verantwortlich ist der hohe Energieverbrauch

der Wärmepumpe bei gleichzeitig niedrigem Ertrag durch die PV-Anlage. Durch die guten

Werte in den Sommermonaten werden diese jedoch kompensiert. Es ist davon auszugehen,

dass der Wert noch weiter sinkt, sobald sich die Optimierungen an der Begleitheizung be-

merkbar machen. Die Begleitheizung hat einen grossen Einfluss auf die MINERGIE-Kennzahl

Wärme (rund 15%). Das bewertete Jahr ist klimatisch nicht besonders erwähnenswert, die Win-

termonate waren jedoch etwas überdurchschnittlich mild.

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00


[kW

h/m

2]

MINERGIE-Kennzahl -Wärme [kWh/m2]

MINERGIE-Kennzahl Wärme [kWh/m2]


5.5 Erfolgskontrolle Komfort und Nutzung

Diese Messungen wurden gemacht, damit sichergestellt ist, dass während der Messperiode die

Komfortansprüche an die Büroräume erfüllt werden. Während der Messung wurde darauf ge-

achtet, dass die Fenster geschlossen sind.

Abbildung 31, Die violette Linie zeigt die Anzahl anwesender Personen zwischen 07:00-12:30 bzw. 12:30-

18:00. Die blauen Punkte geben das jeweilige Tagesmaximum der AT am entsprechenden Tag an. Diese

wird benötigt, um die Grenzwerte (orange gestrichelte Linie) zu bestimmen. Der untere bzw. obere

Grenzwert für die Raumtemperatur in einem Einzel-, Gruppenbüro ist im Sommer 22-26.5°C bzw. im Winter

21-24.5°C. Die orange ausgezogene Linie zeigt den Verlauf der Raumtemperatur.

Abbildung 32, Der Balken zeigt die Häufigkeit der jeweiligen Raumtemperatur.

Die Raumtemperatur betrug in der Messperiode zu 90 % zwischen 23 und 24 °C. Die Grenzwerte

wurden immer eingehalten. Die Temperatur verändert sich bei vielen anwesenden Personen

nur geringfügig. Daraus lässt sich schliessen, dass die Lüftung und die Heizung korrekt laufen.

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anw

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C

Raumtemperatur Büro

Raumtemperatur Unterer Grenzwert nach Tagesmaximum

Oberer Grenzwert nach Tagesmaximum Tagesmaximum Aussentemperatur

anwesende Personen

0.0 % 0.0 % 3.1 %

50.1 %

40.9 %

5.9 % 0.0 % 0.0 %

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Me

ssw

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e

Raumtemperatur in °C

Häufigkeit Raumtemperatur

Häufigkeit Temperatur



18:00. Die gestrichelten blauen Linien entsprechen dem unteren bzw. oberen Grenzwert für die relative

Luftfeuchte in einem Einzel-, Gruppenbüro (Sommer 40-60%, Winter 30-50%).Weil die durchschnittliche AT

während der gesamten Messperiode immer über 12°C war, wurde der Sommer Grenzwert eingesetzt. Die

blaue Linie zeigt den Verlauf der relativen Luftfeuchte über die gemessenen zwei Wochen.

Abbildung 34, Der Balken zeigt die Häufigkeit der jeweiligen relativen Luftfeuchtigkeit.

Der Grenzwert zur relativen Luftfeuchtigkeit wurde nahezu immer eingehalten. Es ist kein Zu-

sammenhang zwischen der Anzahl anwesender Personen und der Luftfeuchtigkeit zu erken-

nen. Gut zu sehen ist, dass die relative Luftfeuchte vom Sonntag 11. Mai bis zum Samstag 17.

Mai tiefer ist als in der Woche vorher. Dies lässt sich mit der Schlechtwetterperiode in der glei-

chen Zeit erklären, siehe Abbildung 35. Man sieht, dass das Tagesmaximum der Aussentempe-

ratur während dieser Zeit tiefer war als in der Woche vorher.

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relative Luftfeuchtigkeit Büro

relative Luftfeuchtigkeit in % unterer Grenzwert

oberer Grenzwert anwesende Personen

0.0 % 0.0 % 4.6 %

48.9 %

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% d

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Me

ssw

ert

e

relative Luftfeuchtigkeit in %

Häufigkeit Luftfeuchtigkeit

Häufigkeit Luftfeuchtigkeit



18:00. Die gestrichelten grünen Linien entsprechen dem Grenzwert für den CO2-Gehalt für eine hohe

Luftqualität (<950 ppm) bzw. einer mittleren Luftqualität (<1350 ppm) diese Werte gelten in einem Einzel-,

Gruppenbüro. In unserem Fall würde die mittlere Luftqualität mit einem CO2-Pegel von 950 bis 1350 ppm

ausreichen. Die grüne Linie zeigt den Verlauf des CO2-Gehalts über die gemessenen zwei Wochen.

Abbildung 36, Der Balken zeigt die Häufigkeit der jeweiligen CO2-Gehalte.

Der CO2-Gehalt ist in über 95% der Fälle unter dem Grenzwert für hohe Luftqualität

(950 ppm). Laut SIA würde es ausreichen, den Grenzwert für mittlere Luftqualität einzuhalten.

Diese guten Werte müssten sich positiv auf die Produktivität der Mitarbeiter auswirken. Gut zu

sehen ist, dass der CO2-Gehalt mit den anwesenden Personen korreliert. Am Dienstag, 13. Mai

waren am meisten Personen anwesend und der CO2-Gehalt war am höchsten. An den arbeits-

freien Tagen ist der Wert mit rund 400 ppm so gut wie draussen an der frischen Luft (430 ppm).

Nach Aussagen von Mitarbeitern ist die Luft in den Büroräumlichkeiten nicht immer optimal, im

Speziellen am Montagmorgen. Inzwischen wird die Lüftung am Morgen früher eingeschaltet,

was das Problem beheben konnte.

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CO2-Gehalt Büro

CO2-Gehalt in ppm 1. Grenzwert 2. Grenzwert anwesende Personen

0.0 % 1.5 % 2.3 %

29.9 % 25.5 %

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CO2-Gehalt in ppm

Häufigkeit CO2-Gehalt

Häufigkeit CO2


6 Optimierungen

6.1 PVT-Anlage

Ist-Situation

Die PVT-Anlage weist eine Fläche von 7.1 m2 auf, mit einem Vorwärmer von 500l.

Ziel

Anhand von Simulation ermitteln ob die PVT-Anlage optimiert werden kann.

Massnahmen

Anhand der Wetterdaten der Messperiode wurden Simulationen mit verschiedenen Dachflä-

chen durchgeführt. Als Referenzsimulation wurden die Daten der vorhergehenden Simulation

mit einer Dachfläche von 7.1 m2 verwendet. Anschliessend wurden Simulationen mit 10, 14

und 20 m2 durchgeführt.

Resultat

Abbildung 37, Energieertrag in Abhängigkeit der Dachfläche.

Wie erwartet steigt der elektrische Energieertrag linear zu der verfügbaren Dachfläche.

Da das Volumen des Vorwärmers (500 l) und der WW-Verbrauch jedoch gleich geblieben

sind, steigt die thermische Leistung nicht linear, sondern flacht bei grösseren Dachflächen ab.

Dies ist auch im flächenbezogenen Energieertrag sichtbar. Wenn grössere Dachflächen ange-

strebt werden (ab 20 m2) sollte ein grösserer Solarer Speicher verwendet werden (800 – 1000 l).

Eine solche Anlage würde nur dann Sinn machen, wenn auch ein höherer WW-Bedarf zu er-

warten ist.


Abbildung 38, Flächenbezogener Energieertrag

Mit steigender Dachfläche nimmt der thermische Energieertrag pro m2 stetig ab, während der

Energieertrag auf der elektrischen Seite nahezu gleich bleibt. Damit der Energieertrag pro m2

auch auf thermischer Seite gleichbleibt, müsste das Volumen des Vorwärmers vergrössert

werden. Ein höherer WW-Verbrauch würde ebenfalls zu einem höheren Energieertrag führen.

Fazit

Die Anlage wurde mit 7.1 m2 korrekt dimensioniert, eine grössere Anlage würde nur bei einem

höheren WW-Verbrauch Sinn machen.

6.2 Begleitheizung

Ist-Situation

Es hat sich herausgestellt, dass die Begleitheizbänder rund 50 % des Stromverbrauchs der für

den MINERGIE®-Nachweis relevanten Haustechnik ausmachen. Was sehr erstaunt, weil die

eingebaute Begleitheizung als „Selbstregelnde Heizbänder für Begleitheizung“ angepriesen

wurde und immer noch wird. Die Messung hat jedoch gezeigt, dass konstant 24h am Tag und

7 Tage die Woche mehr oder weniger konstant 1 kW Leistung anliegt. Entsprechen wurde bei

den Optimierungen diesem Punkt am meisten Aufmerksamkeit geschenkt.

Ziel

Das Ziel ist, den Stromverbrauch des Heizbandes zu minimieren, ohne dass die Bewohner da-

bei Komforteinbussen hinnehmen müssen.

Massnahmen

Massnahme 1:

Als erste Massnahme wurde eine Steuerung für das Begleitheizband eingebaut, eine solche

war bei der Planung bereits vorgesehen, wurde aber vom Installateur vergessen einzubauen.

In der Steuerung wurde eine Haltetemperatur von 40 °C eingestellt. Dadurch konnte der Ener-

gieverbrauch von 21 kWh/Tag auf 16 kWh/ Tag gesenkt werden, was einer Energieeinsparung

von ca. 24 % entspricht. Es hat sich gezeigt, dass die Bewohner eine WW-Temperatur von

40 °C nicht als Komforteinbusse ansehen. Eine Haltetemperatur von 40 °C ist aus hygienischer

Sicht unbedenklich, vom Hersteller wird dennoch eine Haltetemperatur von 50-55 °C empfoh-

len.


Massnahme 2:

Anhand der Durchflussmessung beim Warmwasseranschluss wurde anhand von fünf zufällig

ausgewählten Werktagen und einem Wochenende das Nutzerverhalten ausgewertet. Da sich

die einzelnen Tage teilweise stark in ihrem Profil unterschieden, wurde der durchschnittliche

Verbrauch ausgewertet. Mit diesen Erkenntnissen wurde die Zeitschaltuhr in der Steuerung

manuell angepasst wie in der Abbildung unten aufgezeigt.

Abbildung 39, Einstellungen der Steuerung für beide Heizbänder werktags und an Wochenenden, wo-

bei 0 = Aus, 1 = Sparbetrieb (37 °C) und 2 = Temperatur halten (40 °C) ist.

Es gab innerhalb des Monats, in welchem diese Einstellungen aktiv waren, keinerlei Beschwer-

den von den Bewohnern des Hauses. Mit den neuen Einstellungen wurde eine weitere Ener-

gieeinsparung von 25 % gegenüber der Massnahme 1 erreicht. Der Energieverbrauch für bei-

de Begleitheizbänder zusammen betrug nun noch 12 kWh pro Tag.

Massnahme 3:

Um weitere Einsparmöglichkeiten zu eruieren, wurde die Überlegung gemacht, dass das

Wärmespeicherpotenzial von Wasser ausgenutzt werden könnte. Mittels MATLAB/Simulink

wurden mit der Carnot-Toolbox Simulationen an einer Rohrleitung durchgeführt. Genauere

Angaben zu dieser Berechnung befinden sich im .

Die Simulationen ergaben folgende Resultate:

Kurze Leitung:

Für die 30 m lange Leitung ergab sich eine Auskühlzeit von 55 auf 40 °C von 3.6 h. Um sicher zu

gehen, wird eine Zeit von < 3 h angenommen.

Lange Leitung:

Für die 90 m lange Leitung ergab sich eine Auskühlzeit von 55 auf 40 °C von 6.3 h. Um sicher zu

gehen, wird eine Zeit von < 6 h angenommen.

Anhand von dieser Resultaten wurden beide Steuerung individuell angepasst mit dem Ergeb-

nis die Steuerung für

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Steuerung Heizband werktags (7.4.15-6.5.15)

Eingeschaltet

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22:…

Steuerung Heizband Wochenende (7.4.15-6.5.15)

Eingeschaltet


Resultat

Energiever-

brauch pro

Woche in kWh

Verbesse-

rung in %

Verbesse-

rung gesamt

in %

Energiever-

brauch pro Jahr

in kWh

Kosten pro

Jahr in CHF*

Einsparungen

in CHF/a

ohne

Steuerung 147 0 0 7644 1170.- 0.-

Massnahme 1 112 24 24 5824 891.- 279.-

Massnahme 2 84 25 43 4368 668.- 502.-

Massnahme 3 60 29 59 3120 477.- 693.-

*Preis pro kWh 0.153 CHF

HT=19.3Rp/kWh 71h/Woche Energie Uster

NT=12.4Rp/kWh 97h/Woche Energie Uster

Tabelle 14, Gesamtauswertung Begleitheizung

Der Energieverbrauch konnte um rund 60% gesenkt werden, was einer Einsparung von rund

700.- CHF pro Jahr entspricht.

Fazit

Der Energieverbrauch der Rohrbegleitheizung kann mit Hilfe einer Zeit-und Temperatur-

Steuerung drastisch gesenkt werden. Die Anschaffung einer Steuerung und ein angepasstes

Laufzeit-Programm werden für jedes installierte Begleitheizband empfohlen. Es gibt vorinstal-

lierte Programme von HWAT-ECO für verschiedene Gebäudetypen, abhängig von der Nut-

zung. Diese sind jedoch noch weit entfernt vom Optimum. Eine Optimierung könnte sich aus

ökologischer und ökonomischer Sicht lohnen. Noch besser wäre eine temperaturgesteuerte

Regelung die aber nur in der Werbung erhältlich ist.

Wichtig: Es wurde festgestellt, dass sich die Uhrzeit auf den Steuergeräten der beiden Heiz-

bänder schon nach ca. einem Monat um 5 Minuten unterscheiden. Daher ist es notwendig,

regelmässig die Uhren richtig einzustellen, da es sonst zu erheblichen Verschiebungen zwi-

schen dem eingestellten Programm und den tatsächlichen Bedürfnissen kommt.

Neben einem Einbau einer Steuerung muss bereits während der Planung mit dem Hersteller

Kontakt aufgenommen werden, dieser hilft einem bei der richtigen Dimensionierung und An-

ordnung der Begleitheizbänder und gibt Typs zur korrekten Dimensionierung der Wärmedäm-

mung an den Warmwasserleitungen in Kombination mit einem Begleitheizband.

6.3 Wärmepumpe

Ist-Situation

Messungen zu Beginn zeigten, dass die Laufzeit der Wärmepumpe zum grössten Teil zwischen

15 und 20 min betrug. Testberichte zeigen, dass WP mit höheren Laufzeiten pro Start eine mar-

kant höhere Lebensdauer aufweisen und der Wirkungsgrad (COP) steigt. Sinnvoll wären Lauf-

zeiten im Bereich von 30 – 40 min.

Zudem waren die Einschaltzeiten der Wärmepumpe nicht optimal. Als Beispiel das Warmwas-

ser, welches regelmässig um Mitternacht für den nächsten Tag produziert wurde. Was einer-

seits die Speicherverluste erhöht und keine Gleichzeitigkeit mit dem produzierten Strom der PV-

Anlage zulassen.

Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass der Warmwasserspeicher 1.5 Mal zu gross dimensio-

niert ist, für die Bedürfnisse der jetzigen Bewohner.


Ziel

Die Laufzeiten der Wärmepumpe zu erhöhen und die Einschaltzeiten zu optimieren. Dies bei

gleich bleibendem Komfort für die Bewohner. Zudem soll der Warmwasserspeicher besser

ausgenutzt werden.

Massnahmen

Die Laufzeiten und Einschaltzeiten wurden von einem Mitarbeiter des Wärmepumpenherstel-

lers in Zusammenarbeit mit Jan Staubli folgendermassen eingestellt:

Warmwasser:

Hysterese (Temperatur Unterschied zwischen normalen Erwärmung und Zwangserwär-

mung)

o Alt: 4°C

o Neu: 5°C

Ab dieser Temperatur Wird das Warmwasser erwärmt wenn die Freigabe da ist

o Alt: 47°C

o Neu: 45°C

Auf diese Temperatur Wird das WW erwärmt

o Alt: 50°C

o Neu: 53°C

Freigabe Wärmepumpe für Warmwasser:

o Mo. bis Fr. 04:00 bis 06:00 Uhr (Niedertarif)

o Sa. und So. 13:00 bis 14:00 Uhr (Niedertarif)

Zwangserwärmung

o Wenn Warmwasser unter 40°C fällt zu jeder Tageszeit und Wochentag

Heizung:

Temperatur Unterschied im Pufferspeicher

o Alt: ΔT = 4°C ± 2°C

o Neu: ΔT = 6°C ± 3°C

minimale Einschaltzeit des Verdampfers

o Alt: 30min

o Neu: 60min

Nachtabsenkung

o Alt: 18°C

o Neu: 19.5°C

Wichtig: Die Einstellungen der Wärmepumpe dürfen auf keinen Fall ohne einen Experten ver-

ändert werden. Zu viele Paramater die voneinander abhängig sind greifen ineinander.

Für die bessere Ausnutzung des Warmwassers hätte die Waschmaschine in der Waschküche

mit einem Warmwasseranschluss ausgerüstet werden können. Für dies hätte neben der Umrüs-

tung der Waschmaschine eine neue Warmwasserleitung vom Lavabo zur Waschmaschine

gezogen werden müssen. Der Totale Aufwand wäre unter 1000.- CHF gewesen. Diese Mass-

nahem wurde noch nicht umgesetzt.

Resultat

Weil die Optimierungen erst gegen Ende der einjährigen Messperiode ausgeführt wurden, gibt

es noch keine Resultate. Bezüglich des Komforts sind bis heute keinerlei Reklamationen einge-

gangen, was daraus schliessen lässt das zumindest beim Warmwasser die Optimierungen so

belassen werden können.


Fazit

Die Standart Einstellungen der Wärmepumpe war in unserem Fall alles andere als optimal, es

empfiehlt sich darum, in jedem Fall die Einstellungen der Wärmepumpe kritisch zu hinterfra-

gen. Ohne eine Messeinrichtung wird es im Normalfall jedoch sehr schwer die Laufzeiten zu

kontrollieren. Die Einschaltzeiten können jedoch auch ohne eine Messeinrichtung kontrolliert

werden.

6.4 Legionellen Schaltung

Ist-Situation

Die Legionellen Schaltung lief jeweils zwei Mal die Woche in der Nacht vom Freitag auf den

Samstag und von Samstag auf den Sonntag. Aus energetischer Sicht macht es keinen Sinn,

diese Aufheizungen in zwei aufeinanderfolgenden Nächten zu machen. Wenn zweimal dann

verteil über die Woche. Zeitlich erfolgt die Schaltung nach dem die Wärmepumpe das

Warmwasser auf rund 55°C erhitzt hat, dies ist wünschenswert weil der Heizstab so nur einen

minimale Temperatur Unterschied überbrücken muss.

Ziel

Für die Legionellen Schaltung wurde folgende Ziele definiert:

Die Legionellen Schaltung soll dem neuen Programm der Wärmepumpe angepasst

werden

Nur noch eine Legionellen Schaltung pro Woche

Wenn möglich soll die Legionellen Schaltung erfolgen wenn Strom aus der

PV-Anlage verfügbar ist und wenn nicht während des Niedertarifs

Massnahmen

Die Legionellen Schaltung wurde auf den Samstag ca. 14:00 (kurz nach der Wärmepumpe)

umprogrammiert. Somit konnte alle Ziele erfüllt werden, den am Samstag um 14:00 ist bei

schönem Wetter genügend Strom aus der PV-Anlage verfügbar und wenn nicht, läuft bereits

der Niedertarif.

Resultat

Weil die Optimierung erst gegen Ende der einjährigen Messperiode ausgeführt wurde, gibt es

noch keine Resultate. Es kann aber davon ausgegangen werden dass sich der Energie Ver-

brauch der Legionellen Schaltung halbiert und sich der Eigenstromanteil leicht erhöht hat.

Fazit

Mit einem einfachen umprogrammieren der Legionellen Steuerung lässt sich der Stromver-

brauch halbieren und der Eigenstromanteil erhöhen.

Wichtig: Laut dem Bundesamt für Gesundheit (BAG), wird eine Erwärmung auf über 60 °C

einmal am Tag empfohlen, wenn das Wasser über 24 h Verweilzeit im System hat. In unserem

Fall beträgt die durchschnittliche Verweilzeit 36 h, entsprechend müsste die Legionellen Schal-

tung täglich erfolgen. Am Ende entscheidet dies aber der Vermieter, welcher auch die Ver-

antwortung trägt.


6.5 Stromverbrauch

Ist-Situation

In der Nacht und am Wochenende sollte das Büro wenig bis keinen Strom brauchen. Die Fol-

gende Abbildung zeigt ein etwas anderes Bild.

Abbildung 40, Die blaue Linie zeigt die wichtigsten Verbraucher der Büronutzung (Beleuchtung Büro +

Cafeteria, Steckdosen Büro, Steckdosen Klimagerät + Server). Die grüne Linie zeigte die Unterverteilung

vom Büro. Diese setzt sich aus der blauen Linie und diverser anderer Verbraucher zusammen, auf wel-

che im Rahmen dieser Arbeit nicht detailliert eingegangen wird.

Ausser in der Nacht vom Donnerstag und Freitag sinkt der Stromverbrauch ausserhalb der Bü-

rozeiten deutlich unter 1 kW. Am Wochenende ist der Verbrauch deutlich tiefer als unter der

Woche.

Ungewöhnlich ist der hohe Gesamtstromverbrauch (grün) vom Büro in der Nacht vom Don-

nerstag und Freitag.

Ziel

Den Stromverbrauch so weit als möglich zu senken und herausfinden welche Verbraucher

über die Nacht permanent Strom benötigen.

Massnahmen

Die Beleuchtung der Büroräumlichkeiten und der Cafeteria ist in hohem Mass automatisiert.

Lichtschalter sucht man vergeblich; sämtliche Beleuchtung (mit Ausnahme der LED-

Beleuchtung am Arbeitsplatz) wird über Bewegungssensoren und Helligkeitssensoren gesteu-

ert. Es sind drei Möglichkeiten denkbar um den Stromverbrauch weiter zu senken, jedoch wird

auch hier das Potential als gering eingestuft:

1. Die Helligkeitssensoren nach unten anpassen, damit die Grundbeleuchtung erst rea-

giert wenn nicht genügend Licht durch die Fenster rein kommt. Diese Massnahem

wurde bereits umgesetzt.

2. Mit konventionellen Lichtschaltern (ON/OFF) am Eingang könnte der automatische Be-

triebsmodus unterbrochen werden. Es wurde aber darauf verzichtet, weil dies ein zu

0123456789

Mo

.05

.05

. 12

:00

Di.0

6.0

5. 0

0:0

0

Di.0

6.0

5. 1

2:0

0

Mi.0

7.0

5. 0

0:0

0

Mi.0

7.0

5. 1

2:0

0

Do

.08

.05

. 00

:00

Do

.08

.05

. 12

:00

Fr.0

9.0

5. 0

0:0

0

Fr.0

9.0

5. 1

2:0

0

Sa.1

0.0

5. 0

0:0

0

Sa.1

0.0

5. 1

2:0

0

So.1

1.0

5. 0

0:0

0

So.1

1.0

5. 1

2:0

0

Mo

.12

.05

. 00

:00

Mo

.12

.05

. 12

:00

Stro

mve

rbra

uch

in k

W

Stromverbrauch Büro

Unterverteilung Büro Büronutzung


grosser Aufwand gewesen wäre für den nachträglichen Einbau.

3. Mit einer Visualisierung des Stromverbrauchs, kann der Nutzer motiviert werden mög-

lichst wenig Strom zu benutzen. Weil der Nutzer nur ein Teil beeinflussen kann wurde die

Visualisierung in „nicht beinflussbar“ und „beinflussbar“ aufgeteilt. Zudem werden der

Ertrag der PV-Anlage und das Wetter Visualisiert, dies in erste Linie um das Interesse der

Nutzer zu gewinnen damit sich diese die Visualisierung jede Woche anschauen.

Abbildung 41, Beispiel der Visualisierung welche jede Woche erstellt, gedruckt und in der Cafeteria an-

geschlagen wird, die Angaben in der oberen Abbildung dienen nur als Beispiel und sind nicht korrekt.

Abbildung 42, Stromverbrauch der Unterverteilung Büro an einem Sonntag (vertikale Rasterung: 1kW)

In der detaillierten Analyse der einzelnen Verbraucher wurde festgestellt, dass beim Unterver-

teiler Büro alle 50-60 Minuten eine Leistungsspitze von ca. 0.6kW während 5-10 Minuten auftritt.

Es stellte sich heraus, dass hierfür der Lufttrockner im Archiv der HSG verantwortlich ist. Er ist

zurzeit auf eine relative Luftfeuchtigkeit von 40% eingestellt.


Während eines Jahres benötigt der Lufttrockner in diesem Betriebsmodus ca. 870kWh, was

etwa 7% des gesamten Verbrauchs des UV Büro entspricht. Das Potential für Einsparungen ist

somit eher gering, kann aber mit folgenden zwei Möglichkeiten erreicht werden:

1. Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit auf (z.B.) 50 oder 55%

2. Mithilfe einer Zeitschaltuhr: Betrieb nur auf einige Stunden pro Tag beschränken. (um

eine Verbesserung zu erreichen dürfte der Trockner maximal 4h pro Tag betrieben

werden)

Beide Massnahmen vom Luftbefeuchter wurden nicht umgesetzt.

Resultat

Weil die Optimierung erst gegen Ende der einjährigen Messperiode ausgeführt wurde, gibt es

noch keine Resultate. Es kann aber davon ausgegangen werden, dass sich der Energie Ver-

brauch für die Grundbeleuchtung gesenkt hat.

Fazit

Beim Stromverbrauch gab es zu Beginn nicht viel zu optimieren, entsprechend wurden nur

wenige Massnahmen umgesetzt. Geplant ist in Zukunft eine Visualisierung des Stromver-

brauchs zu erstellen, dank dieser könnten die Nutzer weiter sensibilisiert werden.

6.6 Elektroauto

Ist-Situation

Abbildung 43, Ladevorgang Renault ZOE

Der Ladevorgang sieht beim Renault ZOE wie folgt aus: Bis 80% der Kapazität kann mit der

vollen Leistung von 22kW geladen werden, anschliessend regelt das BMS den Ladestrom ab

um die Batterie möglichst schonend bis auf 100% ihrer Kapazität zu laden.


Abbildung 44, Verbrauch von UV Büro, Gebäudetechnik und Elektromobilität

Die Peak-Leistung des Elektroautos übersteigt die Leistung der PV-Anlage auch bei optimalen

Verhältnissen.

Ziel

Die Ladeleistung zu reduzieren, damit das Elektroauto möglichst viel Strom aus der der PV-

Anlage bezieht. Des Weiteren soll das Elektroauto als Puffer dienen, um den Eigenverbrauchs-

anteil zu erhöhen.

Massnahmen

Massnahme 1:

Für eine schnelle Verbesserung, könnte ein Ladekabel mit einer maximalen Ladeleistung von

11kW angeschafft werden. Kostenpunkt: 460.- CHF, bei m-way beziehbar. Das Laden dauert

mit dem Kabel entsprechend doppelt so lange und stellt keine wirklich sinnvolle Alternative

dar. Es muss eine Möglichkeit gefunden werden, wie die Ladeleistung automatisch dem PV-

Ertrag bzw. dem Bedürfnis des Nutzers angepasst wird. Diese Massnahme wurde nicht umge-

setzt.

Massnahme 2:

Es gebe im Rahmen eines Pilotprojektes ein System zur intelligenten, PV-orientierten

Laderegelung des Elektroautos. Es handelt isch um das Produkt Maxem von der

niederländischen Firma Cohere (www.cohere.eu). Das Gerät überwacht den aktuellen Ertrag

der PV-Anlage und den Ladezustand des Elektroautos und regelt entsprechend die

Ladeleistung. Über eine Applikation kann der Benutzer den Zeitpunkt der Abfahrt definieren,

sodass allenfalls mit zusätzlichem Strom aus dem Netz geladen wird. Diese Massnahme wurde

nicht umgesetzt.

Die Einbindung der Elektromobilität zur Nutzung als Puffer macht mit dem bestehenden Fahr-

zeug keinen Sinn, da die Kapazität zu klein ist. Hinzu kommt, dass das Fahrzeug nicht perma-

nent angeschlossen ist, was in der Simulation nicht berücksichtigt wurde. Bei einer Flotte von

zwei bis drei Fahrzeugen sieht die Situation bereits anders aus. Denn sobald immer mindestens

ein Fahrzeug anwesend ist kann ein Grossteil der Energie in der Batterie zwischengespeichert

und wieder rückgeführt werden.

Elektroauto

http://www.cohere.eu/


Resultat

Weil bis heute keine der Massnahmen umgesetzt wurden, liegen keine Resultate vor.

Abbildung 45, Einfluss der Batteriekapazität auf Eigenverbrauchsrate und Eigendeckungsrate, anhand

einer Simulation. Die Zeitschritte betragen 15 min und der Zeitraum beträgt ein Jahr.

Die 22kWh Batterie des Renault ZOE ermöglicht eine Erhöhung des Eigenverbrauchs von 40

auf 63% und eine Erhöhung der Eigendeckung von 33 auf 51%. Das Problem ist, dass in diesem

Betriebszustand die Batterie des Fahrzeuges am morgen jeweils zu 90% entladen ist.

Da das Gebäude eine durchschnittliche Grundlast von ca 88kWh/Tag hat und die

Eigendeckungsrate aktuell bei ca. einem Drittel liegt, müsste theoretisch jeden Tag eine

Energiemenge von ca 60kWh bereitgestellt werden. Die Grafik zeigt deutlich auf, dass man

mit EVR und EDR in diesem Fall bereits nahe am Optimum liegt, denn trotz Vervierfachung der

Speicherkapazität auf 240kWh können die Werte nurnoch minim angehoben werden.

Wichtig: Nicht berücksichtigt in der Simulation wurden die Abwesenheiten des Autos. Hierzu

liegen leider keine konkreten Werte vor. Der Einfachheit halber wurde also das Fahrzeug als

stationärer Speicher betrachtet. Die Schrittweite der Abbildung oben liegt bei 15 min würde

diese weiter verkürzt, würden sich die Eigenverbrauchsrate und die Eigendeckungsrate

verschlechtern.

Fazit

Es gibt Systeme für eine intelligente Ladung, in jedem Fall verursachen diese aber Mehrkosten.

Ob diese Mehrkosten dank dem höheren Eigenstromanteil kompensierte werden können muss

sich erst noch zeigen. Wenn ein System zur Ladung eingebaut werden soll, ist es von Vorteil

dieses schon bei der Planung zu berücksichtigen.

Das Elektroauto als Puffer zu benutzen macht nur Sinn wenn zu jedem Zeitpunkt mindestens ein

Auto an der Ladestation hängt. Dies kann mit einem Auto nicht gewährleistet werden.


7 Wichtigste Erkenntnisse

7.1 PVT

Die Auswertungen und Simulationen haben gezeigt, dass eine PVT-Anlage ungefähr gleich

viel Energie erzeugt wie eine herkömmliche thermische Anlage. Die Nachteile für den Einbau

von PVT-Kollektoren gegenüber getrennten Systemen überwiegen tendenziell. Insbesondere

sprechen folgende Punkte gegen eine PVT-Anlage:

Die PVT-Anlage dient hier nur als Vorwärmung für das WW, entsprechend muss die WP

das WW auf ein höheres Temperatur-Niveau bringen und dies auch im Sommer. Ent-

sprechend ist der SD der PVT-Anlage tief. Hinzu kommt, dass eine WP auf dem Tempe-

ratur Niveau einen schlechten COP hat welchen die PVT-Anlage nicht abdecken

kann. Diese zwei Systeme ergänzen sich daher eher schlecht.

Getrennte Systeme ermöglichen grössere Flexibilität bei der Typenwahl, wie auch bei

Erneuerungen.

Die Kosten für diese Anlage waren hoch, entsprechend ist die Amortisationszeit bei

weitem über 20 Jahre. Mögliche Gründe, warum die Amortisationszeit so lange ausfällt:

o Weil die PVT-Anlage Pilotprojektcharakter hat, fielen die Planungskosten sehr

überproportional aus.

o Die PVT-Anlage durfte nur ein Fördermittel beanspruchen.

o Die Ausrichtung des Daches ist nicht optimal, besser wäre Richtung Süden.

o Weil der thermische Teil der Anlage die Kollektorfläche bestimmt, ist der elektri-

sche Teil auch entsprechen klein. Die Gesamtkosten für den elektrischen Teil

sind somit überproportional hoch.

o Der thermische Teil konkurrenziert sich mit der WP, die auf diesem Temperatur

Niveau einen sehr guten COP hätte. Entsprechend sind die eingesparten kWh

nicht viel wert.

o Es müssen zwei komplette System gebaut werden (elektrisch und ther-

misch/hydraulisch, was ein hoher Aufwand bedeutet)

Es hat sich bestätigt, dass durch die Abführung der Wärme der elektrische Ertrag gesteigert

werden kann. Eine Ertragsteigerung von 40% wie es der Hersteller verspricht konnte jedoch

nicht bestätigt werden.

Das Problem ist das diese Ertragsteigerung durch den schlechteren Wirkungsgrad der

PVT-Kollektoren (14.9%) im Gegensatz zu durchschnittlichen reinen PV-Modulen (rund 18%)

zum grössten Teil wieder wettgemacht wird. Bedenkt man den immensen Mehraufwand

durch die Abführung der Wärme ist eine solche Anlage zumindest in dieser Grösse nicht loh-

nenswert.

Simulationen zeigten, dass der thermische Teil der Anlage korrekt dimensioniert wurde. Eine

grössere Fläche an Kollektoren würde nur Sinn machen, wenn mehr WW verbraucht würde,

oder die Niedrigtemperaturwärme sonst Verwendung findet.

Die Simulation konnte die PVT-Anlage sehr gut abbilden, die gemessenen Werte korrelieren

beinahe perfekt mir der Simulation. Bei der Simulation muss darauf geachtet werden, dass die

Angaben vom Wechselrichter korrekt eingegeben werden. Wenn die Simulation den durch-

schnittlichen Wirkungsgrad nicht selbst ermittelt, muss dieser zuvor selbst ermittelt werden. Auf

keinen Fall darf angenommen werden, dass der Wechselrichter während der ganzen Zeit mit

dem maximalen Wirkungsgrad arbeitet.

Zusammengefasst: PVT-Kollektoren machen nur Sinn, wenn diese erstens noch kostengünstiger

werden und zweitens die Niedrigtemperaturwärme immer vollumfänglich sinnvoll verwendet

werden kann (z.B. in Erdsondenfeld oder bei entsprechend grossem Vorwärmbedarf von

Warmwasser).


7.2 Gebäude

Eigenverbrauchsrate und Eigendeckungsgrad

Je nachdem wie das Bilanzierungsintervall gewählt wird, variiert die Eigenverbrauchsrate

(EVR) und der Eigendeckungsgrad (EDR) über ein Jahr gesehen zwischen 37% bei (5 min) und

77% (1 Monat). Das Bürogebäude erreicht mit rund 40% somit bessere Werte als ein Wohnge-

bäude (unter 30%), immer mit der Bedingung, dass die PVA genaue auf den Verbrauch an-

gepasst wurde. Ziel einer Folge-Arbeit ist, dass die EVR erhöht wird indem die Wohnungen ih-

ren Strom ebenfalls aus der PVA beziehen.

Kühlbetrieb

Der Kühlbetrieb mit dem free cooling funktioniert sehr gut, die Temperaturen im Büro waren

auch während den Hitzewochen in der KW 26 und 27 im Jahr 2015 immer sehr angenehm

(maximal 25°C). Daneben sorgte die Kühlung für eine Steigerung des COP für die Warmwas-

serproduktion von ca. 5%.

Minergie-Kennzahl

Die Minergie-Kennzahl-Wärme wird mit -9.7 kWh/m2 deutlich unterschritten obwohl die Opti-

mierungsmassnahmen der Gebäudetechnik erst gegen Ende der einjährigen Messperiode

umgesetzt wurden.

Komfort und Nutzung

Der Komfort und die Nutzung in den Büroräumen waren in allen Belangen überdurchschnitt-

lich gut, dies zeigten nicht nur die Messungen sondern auch Gespräche mit den Benutzern.

Dies spricht für die CO2-gesteuerte Komfortlüftung, die Ionisierungsanlage, die Bodenheizung

und das free-cooling.

Begleitheizung

Es stellte sich heraus, dass die Begleitheizung rund ein Drittel der gesamten Energie der Ge-

bäudetechnik verbrauchte. Nach den Optimierungen konnte der Verbrauch um rund 60%

gesenkt werden, dies entspricht 4‘500 kWh elektrischer Energie oder rund 700.- CHF pro Jahr.

Wir empfehlen folgende Punkte zu beachten bei der Planung und Inbetriebnahme einer Be-

gleitheizung:

Neben einer Begleitheizung gibt es alternative Warmhaltesysteme von Warmwasser,

diese sollten bereits in der Planungsphase geprüft werden

Wird ein Begleitheizung gewählt sollte der Hersteller bei der Planung mit einbezogen

werden, dieser kann Hinweise zur korrekten Verlegung und Dimensionierung geben

In jedem Fall sollte bei einem Begleitheizung eine Steuerung eingebaut werden

Die Standard-Einstellung der Steuerung ist in der Regel weit vom Optimum entfernt. Es

lohnt sich hier Zeit zu investieren für eine individuelle Einstellung. Zudem sollte die ein-

gestellte Uhrzeit zweimal im Jahr überprüft und gegebenenfalls angepasst werden

Bei einer grösseren Überbauung empfiehlt es sich die Begleitheizung über einen Strom-

zähler laufen zu lassen. Dank diesem können individuelle Optimierungen kontrolliert

und die Stromkosten der Warmwassererzeugung angerechnet werden

Die Werbung verspricht ein selbstregulierendes Heizband, unsere Messungen zeigten jedoch,

dass das Heizband über Monate konstant mit rund 10 W/m lief. Hier besteht auf Seiten des

Herstellers sicher Handlungsbedarf.


Wärmepumpe

Messungen zeigten, dass die Laufzeiten der Wärmepumpe zum grössten Teil zwischen 15 und

20 min betrug und die Einschaltzeiten mit dem Standartprogramm nicht optimal waren.

Die Einstellungen der Wärmepumpe sind jeweils kritisch zu hinterfragen und gegebenenfalls

mit dem Hersteller der Wärmepumpe anzupassen. Damit die Laufzeiten jedoch überhaupt

erfasst werden können, braucht es in der Regel eine entsprechende Hard-und Software. Bei

grösseren Anlagen empfiehlt es sich darum eine solche schon bei der Planung zu berücksich-

tigen.

Legionellen Schaltung

Wenn die Legionellen-Schaltung mehrmals pro Woche anspricht, sollte diese regelmässig über

die Woche verteilt sein. Dies war bei uns nicht der Fall, entsprechend wurde in einem ersten

Schritt die Schaltung angepasst. Weil in einem MFH regelmässig Wasser bezogen wird, gibt es

nur kurze Zeiten mit stehendem Wasser. Der Vermieter hat darum entschieden die Schaltung

auf einmal die Woche zu reduzieren. Die Schaltung erfolgt nun jeden Samstag um ca. 14:00

Uhr nachdem die Wärmepumpe das Wasser auf 55°C erhitzt hat. Dies hat den grossen Vorteil,

dass bei schönem Wetter Strom aus der PV-Anlage bezogen werden kann. Bei schlechtem

Wetter wird zumindest Niedertarif Strom bezogen.

Stromverbrauch

Mithilfe einer Visualisierung, soll der Nutzer motiviert werden Strom zu sparen. Den grössten Teil

kann er aber selbst nicht beeinflussen weil die Beleuchtung schon weitgehend automatisiert

wurde und viele Verbraucher nicht nutzerabhängig sind, wie der Server und die Gebäude-

technik.

Elektroauto

Weil der Ladestrom auch an einem schönen Tag höher ist als die PV-Anlage liefern kann, sollte

der Ladestrom vom Elektroauto angepasst werden. Dies wäre möglich mit einer entsprechen-

den Ladestation, umgesetzt wurde diese Massnahme bis heute nicht.


8 Danksagungen

Dieses Messprojekt konnte nur realisiert werden dank der Unterstützung verschiedener Partner.

Wir bedanken uns an dieser Stelle ganz herzlich für die gute Zusammenarbeit.

Die wichtigsten Partner/Beteiligten seien hier kurz erwähnt:

Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft vom Kanton Zürich (AWEL)

Energie Uster AG (EnU)

Überseeische Missionsgemeinschaft (ÜMG) als Bauherr

Hochschule für Technik Rapperswil (HSR)mit Prof. Carsten Wemhöner und den Studen-

ten Dominik Hotz, Jan Staubli, Simon Aldebert, Tobias Hug und Jonas Höfel

Optec AG, Herr David Fratto

FHNW, Minergie-A-Zertifizierung Stelle, Herr Bastian Burger

Verein Minergie, Herr Christian Röthemund

Soluki Engineering, Herr Rafael Wasescha

Ammann und Schmid AG, Herr David Ehrat

Gerber Media, Herr Gerber


9 Symbole und Formeln

Symbole Bezeichnung Formel/ Grösse Einheit

𝐐𝐖𝐏−𝐇𝐖𝐖

Von der Wärmepumpe (WP) erzeugte

Wärmeenergie für Heizen (H) und

Warmwasser (WW).

𝑉WP−Zirkulation ∗ 𝑐𝑝𝑊 ∗ (𝑇𝑊𝑃−𝑉𝐿 − 𝑇𝑊𝑃−𝑅𝐿) 𝑘𝑊ℎ

𝐐𝐖𝐏−𝐖𝐖 Von der WP erzeugte Wärmeenergie

für WW.

𝑉WP−Zirkulation ∗ 𝑐𝑝𝑊 ∗ (𝑇𝑊𝑃−𝑉𝐿 − 𝑇𝑊𝑃−𝑅𝐿)∗ 𝑡𝑆𝑡−𝑊𝑃−𝐻/𝑊𝑊 (𝑎)

𝑘𝑊ℎ

𝐐𝐖𝐏−𝐇 Von der WP erzeugte Wärmeenergie

für den H-betrieb.

𝑉WP−Zirkulation ∗ 𝑐𝑝𝑊 ∗ (𝑇𝑊𝑃−𝑉𝐿 − 𝑇𝑊𝑃−𝑅𝐿)∗ 𝑡𝑆𝑡−𝑊𝑃−𝐻/𝑊𝑊(𝑎)

𝑘𝑊ℎ

𝐐𝐒𝐨𝐥 Von der PVT-Anlage erzeugte thermi-

sche Energie.

𝑉PVT−Zirkulation(b) ∗ 𝑐𝑝𝑃𝑉𝑇 ∗ (𝑇𝑃𝑉𝑇−𝑉𝐿

− 𝑇𝑃𝑉𝑇−𝑅𝐿)

𝑘𝑊ℎ

𝐐𝐙𝐇

Von Zusatzheizsystemen abgegebene

thermische Energie. (Begleitheizung

und Heizstab für WW-Speicher)

QZH = EZH 𝑘𝑊ℎ

𝐐𝐙𝐮 Konventionelle Energie für Zusatzhei-

zung des WW-Kreislaufs

𝐸𝐵𝑒𝑔𝑙𝑒𝑖𝑡ℎ𝑒𝑖𝑧𝑢𝑛𝑔 + 𝐸𝐻𝑒𝑖𝑧𝑠𝑡𝑎𝑏 + 𝑄𝑊𝑃−𝑊𝑊

= 𝐸𝑍𝐻 + 𝑄𝑊𝑃−𝑊𝑊

𝑘𝑊ℎ

𝐐𝐖𝐖 Nutzenergie WW 𝑉𝐾𝑎𝑙𝑡𝑤𝑎𝑠𝑠𝑒𝑟 ∗ 𝑐𝑝𝑊 ∗ (𝑇𝑊𝑊−𝐴𝑢𝑠𝑔𝑎𝑛𝑔

− 𝑇𝐾𝑎𝑙𝑡𝑤𝑎𝑠𝑠𝑒𝑟)

𝑘𝑊ℎ

𝐐𝐇 Nutzenergie H 𝑉WP−H ∗ 𝑐𝑝𝑊 ∗ (𝑇𝑊𝑃−𝑉𝐿−𝐻 − 𝑇𝑊𝑃−𝑅𝐿−𝐻) 𝑘𝑊ℎ

𝐄𝐒𝐨𝐥

Energieaufwand der Umwälzpumpe

(UWP) des Solarkollkors und der Soltop

Steuerung.

𝐸𝑃𝑉𝑇−𝑈𝑊𝑃 = 45 𝑊 (𝑐) 𝐸𝑃𝑉𝑇−𝑆𝑡𝑒𝑢 =5 𝑊 (𝑐)

𝐸𝑠𝑜𝑙 = 𝑡𝐿−𝑃𝑉𝑇−𝑈𝑊𝑃 ∗ (𝐸𝑃𝑉𝑇−𝑈𝑊𝑃 + 𝐸𝑃𝑉𝑇−𝑆𝑡𝑒𝑢)

𝑘𝑊ℎ

𝐄𝐖𝐏

Für die WP aufgewendete elektrische

Energie. Beinhaltet den Energieauf-

wand für Verdichter, Kondensator,

Steuerung, alle Pumpen, Regelung

und Abtaueinrichtung.

− 𝑘𝑊ℎ

𝐄𝐙𝐇

Energieaufwand für Zusatzheizsysteme

(Begleitheizung und Heizstab für WW-

Speicher).

𝐸𝐵𝑒𝑔𝑙𝑒𝑖𝑡ℎ𝑒𝑖𝑧𝑢𝑛𝑔 + 𝐸𝐻𝑒𝑖𝑧𝑠𝑡𝑎𝑏 𝑘𝑊ℎ

𝐄𝐏𝐕𝐓 Erzeugte elektrische Energie der PVT-

Anlage

− 𝑘𝑊ℎ

𝐄𝐏𝐕 Erzeugte elektrische Energie der PV-

Anlage

− 𝑘𝑊ℎ

𝐄𝐋𝐊 Energieaufwand für Lüftung und Klima − 𝑘𝑊ℎ

𝐆𝐒𝐨𝐥𝐚𝐫 Jahressumme der Globalstrahlung − 𝑘𝑊ℎ

𝑚2

𝐀𝐊 Kollektorfläche PVT-Kollektor: 7.1 𝑚2

PV-Kollektor: 128 𝑚2

𝑚2


𝐠 Gewichtungsfaktor gemäss MINERGIE-

A Nutzungsreglement

g = 2 (MINERGIE, 2014) −

𝒄𝒑𝒘 Spezifische Wärmekapazität Wasser 1.162

𝑊ℎ

𝑘𝑔∗𝐾 bei 14.5°C (VDI-Gesellschaft,

2013)

𝑊ℎ

𝐾𝑔 ∗ 𝐾

𝒄𝒑𝑷𝑽𝑻 Spezifische Wärmekapazität Antifro-

gen L (25%) 1.10

𝑊ℎ

𝑘𝑔∗𝐾 bei 30°C (Abderhalden, 2004) 𝑊ℎ

𝐾𝑔 ∗ 𝐾

𝒄𝒑𝑷𝑽𝑻_𝟐 Spezifische Wärmekapazität Antifro-

gen L (38%) 1.05

𝑊ℎ

𝑘𝑔∗𝐾 bei 30°C (Abderhalden, 2004) 𝑊ℎ

𝐾𝑔 ∗ 𝐾

𝝆𝒘 Dichte Wasser 1.00 𝑔

𝑐𝑚3 bei 4°C (VDI-Gesellschaft, 2013) 𝑔

𝑐𝑚3

𝝆𝑷𝑽𝑻 Dichte Antifrogen L (25%) 1.02 𝑔

𝑐𝑚3 bei 30°C (Abderhalden, 2004) 𝑔

𝑐𝑚3

Tabelle 15, Hier werden alle für die Berechnungen nötigen Symbole, Formeln, Grössen mit den dazuge-

hörigen Einheiten aufgelistet. Es wird immer mit Watt gerechnet, sollte eine Angabe in Joule angegeben

sein wird diese in Watt umgerechnet. In der Tabelle 16 und Tabelle 18 ist beschrieben, welche Messstelle

zu welchem Formelzeichen gehört.

(a) tSt-WP-H/WW dieser Index steht für die Stellung (ST) des 3-Weg Ventils (ST 0 = H, ST 1= WW)

(b) Der Volumenstrom der PVT-Anlage wird nicht aufgezeichnet, darum wurde dieser Anhand der

total erzeugten thermischen Energie (Qsol) zurückgerechnet.

(c) Die 45 Watt der Solarkreispumpe ist eine Annahme des Herstellers, die 5 Watt der Soltop Steue-

rung ist eine eigene Annahmen.


Anhang 1 – Messkonzept

Abbildung 46, Messschema PVT-Anlage, PV-Anlage, WP und Energiemessungen


Messt. Nr. Symbol Einheit Messgrösse Messprinzip

EQR 110 EHeizstab kWh Elektroeinsatz WW-Speicher EEZ

TR 120 TPVT-VL °C Temperatur VL Kollektor PT 1000

TR 121 TPVT-RL °C Temperatur RL Kollektor PT 1000

UQIR 122 QPVT kWh Thermische Leistung PVT-Kollektor WMZ

KR 123 tL-PVT-UWP h Laufzeit PVT-Kollektorkreispumpe Status

EQR 124 EPVT kWh Erzeugte elektrische. Energie PVT EEZ

KR 130 tWP-UWP-WW h Laufzeit WP-UWP, Kreis WW, WP Seite Status

KR 131 tST-WP-H/WW h ST des 3-Weg Ventils nach der WP für H oder WW Status

KR 132 tWP-UWP-Sonde h Laufzeit WP-UWP-Erdwärmesonde Status

TR 133 TSonde-VL °C Temperatur VL Erdwärmesonde NTC 10K

TR 134 TSonde-RL °C Temperatur RL Erdwärmesonde NTC 10K

EQIR 135 EWP kWh elektrischer Energiebezug WP EEZ

TR 136 TWP-VL °C Temperatur WP-VL NTC 10K

TR 137 TWP-RL °C Temperatur WP-RL NTC 10K

FQIR 138 VWP-Zirkulation l Durchfluss WP-Zirkulation H und WW MZ

TR 139 TAussen °C Temperatur Aussen Nordseite NTC 1K

EQR 140 EPV_140 kWh Erzeugte elektrische Energie PV EEZ

EQR 141 EPV_141 kWh Erzeugte elektrische Energie PV EEZ

EQR 210 EBegleitheizung kWh elektrischer Energiebezug Begleitheizung EEZ

KR 230 tWP-UWP-H H Laufzeit WP-UWP Heizkreis Status

TR 231 TWP-VL-H °C Temperatur WP-VL Zirkulation H Thermoelement

TR 232 TWP-RL-H °C Temperatur WP-RL Zirkulation H Thermoelement

FQIR 233 VWP-H l Durchfluss WP-Zirkulation H MZ

KR 236 tST-WP-H/Kühlen h ST WP-H/Kühlen Status

TR 310 TWW-Ausgang °C Temperatur WW Ausgang Thermoelement

FQIR 311 VKaltwasser l Durchfluss Kaltwasser MZ

TR 312 TWW-Speicher-VL °C Temperatur WW-Speicher VL NTC 10K

TR 313 TWW-Speicher-unten °C Temperatur WW-Speicher unten NTC 10K

TR 314 TWW-Speicher-oben °C Temperatur WW-Speicher oben NTC 10K

TR 315 TKaltwasser °C Temperatur Kaltwasser Thermoelement

TR 316 TAusgang-Vorwärmer °C Temperatur Ausgang Vorwärmer PT 1000

TR 317 TVorwärmer oben °C Temperatur Vorwärmer oben PT 1000

TR 318 TVorwärmer-unten °C Temperatur Vorwärmer unten PT 1000

KR 319 tWW-UWP H Laufzeit WW-UWP Status

GR 520 G W/m2 Globalstrahlung Pyranometer

TR 521 TKollektor °C Temperatur Kollektor PT 1000

TR 522 TDach °C Temperatur auf Dach unter Ziegel Thermoelement

AR 523 v m/s Windgeschwindigkeit Anemometer


TR 524 TOberfläche-Kollektor °C Temperatur Oberfläche Kollektor Thermoelement

100: Wärme und-Energieerzeuger/Verbraucher

400: Gebäude

200: Wärmeverteilung und -

übergabe

500: Wetter

300: Trinkwasser

Tabelle 16, Messstellenliste PVT-Anlage, PV-Anlage, WP und Energiemessung

Abbildung 47, Messschema Komfortmessung und Personenpräsenz

Messt. Nr. Symbol Einheit Messgrösse Messprinzip

401 APersonen h Personenpräsenz Anwesenheitsliste

402/403 RFeuchte % Luftfeuchtigkeit Feuchtemessung

402/403 CO2 ppm CO2 CO2 Sonde

402/403 TRaumtemp C° Raumtemperatur Temperaturfühler

Tabelle 17, Messstellenliste Komfortmessung und Personenpräsenz


Abbildung 48, Messschema Energiemessung


Gruppen Energiemes-

sung und Messt. Nr.

Symbol Einheit Messgrösse Messprinzip

1 / EQR 124 EPVT kWh Erzeugte elektrische Energie PVT EEZ

2 EEDV_2 kWh T25 Steckdosen, EDV-Rack (Server, Klimagerät) EEZ

3 EBoden_3 kWh Bodendosen Büro EG EEZ

4 EBel._4 kWh Beleuchtung Büro und Cafeteria EEZ

5 EUV_5 kWh Unterverteiler Büro EG EEZ

6 ELüftung_Büro_6 kWh Lüftung Büro, Ionisationsanlage EEZ

7 ELüftung_Cafet_7 kWh Lüftung Cafeteria, Ionisationsanlage EEZ

8 EKWL1_8 kWh KWL 1 (kein Logging) EEZ

9 EKWL2_9 kWh KWL 2 (kein Logging) EEZ

10 EWP_10 kWh WP EEZ

11 EAufzug_11 kWh Personenaufzug EEZ

12 / EQR 110 EHeizstab kWh Elektroeinsatz WW-Speicher EEZ

13 / EQR 210 EBegleitheizung kWh elektrischer Energiebezug Begleitheizung EEZ

14 EFahrzeug_14 kWh Elektrofahrzeug EEZ

15 EParkplatz_15 kWh Aussenverteiler Parkplatz EEZ

21 EWhg_21 kWh Studiowohnung, 2.OG (kein Logging) EEZ

22 EWhg_22 kWh 2.5 Zimmer, mitte rechts, 1.OG (kein Logging) EEZ

23 EWhg_23 kWh 2.5 Zimmer, rechts, 1.OG (kein Logging) EEZ

24 EWhg_24 kWh 3.5 Zimmer, mitte links, 1.OG (kein Logging) EEZ

25 EWhg_25 kWh 4.5 Zimmer, links, 1.OG (kein Logging) EEZ

26 EWhg_26 kWh 4.5 Zimmer, 2.OG (kein Logging) EEZ

27 EWhg_27 kWh 5.5 Zimmer, 1.OG (kein Logging) EEZ

28 EWhg_28 kWh Reserve (kein Logging) EEZ

Tabelle 18, Messstellenliste Energiemessung


Anhang 2 – Simulation mit MATLAB/Simulink

Anhand des Leitungsdurchmessers, der Leitungslänge, dem Isolationsmaterial und der Isolati-

onsdicke sollte berechnet werden, wie lange das Wasser in der Leitung benötigt, um von 55

°C auf 40 °C abzukühlen wenn kein Wasser nach fliesst. Da das Wasser mit 55 °C vom Boiler in

die Leitung gespeist wird, wird diese Temperatur als Ausgangsniveau gewählt. Des Weiteren ist

diese Annahme abhängig vom Leitungsvolumen: Erst wenn das komplette Leitungsvolumen

innerhalb „kurzer“ Zeit ausgetauscht wurde, kann davon ausgegangen werden, dass in den

Leitungen die Temperatur 55 °C beträgt. Der zentrale Boiler versorgt beide Haushälften

gleichermassen, die Rohrleitungen unterscheiden sich jedoch deutlich in ihrer Länge. Es wurde

für beide Haushälften eine separate Simulation durchgeführt. Da auch zwei Steuerungen für

die Heizbänder vorhanden sind, können problemlos verschiedene Programme eingestellt

werden.

Für die Simulationen wurden verschiedene Angaben benötigt, teils wurden Annahmen getrof-

fen. Dabei wurde jedoch stets darauf geachtet, eher schlechtere Werte zu wählen um einen

gewissen Sicherheitsfaktor zu erhalten. Der Komfort der Bewohner soll nicht beeinflusst werden.

Für die Simulation und die Umsetzung relevante Werte:

Angabe Längere

Leitung

Kürzere

Leitung

Erläuterungen

Länge 90 m 30 m Die genaue Rohrleitungslänge ist nicht bekannt,

das Begleitheizband ist jedoch 90 bzw. 30 m lang.

Da das Begleitheizband stets länger als die Rohrlei-

tung ist und die Wärmeverluste mit der Länge zu-

nehmen, ist der Sicherheitszuschlag bei dieser An-

gabe schon inbegriffen.

Durchmesser

(innen)

0.033 m 0.02 Die Angaben für die Aussendurchmesser wurden

den Sanitär-Plänen entnommen. Mittels des Mon-

tagehandbuchs von Geberit wurden die Innen-

durchmesser ermittelt. Die Isolationsdicke wurde

der MuKEn entnommen.

Isolationsdicke 50 mm 50 mm

Isolations-

material

Steinwolle Wurde vor Ort ermittelt.

Wärme-

leitfähigkeit

Steinwolle

0.041 𝑊

𝑚𝐾 Literaturdaten liefern Werte zwischen 0.035 und

0.041 𝑊

𝑚𝐾. Daher wurde der höchste Wert gewählt

um auf der sicheren Seite zu sein.

Rohrvolumen 72 𝑙 9.4 𝑙

Umgebungs-

temperatur

17 °C Für die Temperatur wurde eine Annahme getroffen,

welche mit grosser Wahrscheinlichkeit nicht unter-

schritten wird.

Temperatur im

Speicher

55 °C Die Temperatur im Speicher ist nicht zu jedem Zeit-

punkt 55 °C, sie schwankt zwischen 50 °C und 60

°C. Meistens beträgt die Temperatur jedoch 55 °C

oder etwas mehr.


Wärme-

kapazität

Mepla-Rohre

795 𝐽

𝑚 𝐾 538

𝐽

𝑚 𝐾 Die Angaben wurden dem Montagehandbuch für

Mepla Systeme von Geberit entnommen.

Tabelle 19, Für die Simulation und die Umsetzung der Optimierungen am Begleitheizband relevante Wer-

te

Tabelle 19, Für die Simulation und die Umsetzung der Optimierungen am Begleitheizband rele-

vante Wertekönnte noch um weitere Angaben, welche man für die Simulation verwenden

kann, ergänzt werden, das Ergebnis wird durch diese jedoch kaum beeinflusst. Sie werden

deshalb hier nicht erwähnt. Die Simulationsdatei für die kürzere und die längere Leitung liegen

der hässig sustech gmbh vor.

Messprojekt Neuwiesenstrasse 8, Uster www.sustech.ch

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